أجهزة استشعار ذكية تساعد النحالين على مراقبة صحة الخلية

كان النحل عنصراً لا غنى عنه في الزراعة لقرون من الزمان، حيث يساهم دوره في التلقيح في دعم إنتاج الغذاء، مما يساهم في نمو الفواكه والخضروات والمكسرات والقهوة.

وبدون النحل وصحة الخلية السليمة، فإن العديد من المحاصيل سوف تعاني، مما يؤدي إلى نقص الغذاء.

ولكن أعداد النحل تتقلص بسبب سوء الأحوال الجوية والمواد الكيميائية والآفات، وهذا يضر بالطبيعة ويجعل الحياة أكثر صعوبة بالنسبة لمربي النحل الذين يحتاجون إلى نحل صحي لإنتاج العسل والزراعة.

يواجه مربي النحل تحديات متزايدة في الحفاظ على صحة الخلية، فالعوامل الخارجية تسبب خللًا في المستعمرات، مما يجعل من الصعب على النحل البقاء على قيد الحياة.

تعتمد الطرق التقليدية لمراقبة ظروف الخلية على الخبرة والحكمة. ورغم أن هذه الطرق مفيدة، إلا أنها ليست دقيقة دائمًا.

وقد قدم العلماء والمهندسون الآن نهجًا قائمًا على البيانات لمساعدة مربي النحل على اتخاذ قرارات مستنيرة ومنع انهيار المستعمرات.

فهم تنظيم درجة حرارة خلية النحل

تنظم مستعمرات النحل درجة حرارتها الداخلية بحيث تظل بين 33 و36 درجة مئوية، أو 91 إلى 97 درجة فهرنهايت، وهذا التنظيم الحراري ضروري لبقاء الخلية.

عندما تنخفض درجات الحرارة، تتجمع النحلات معًا لتوليد الدفء، وفي الظروف الحارة، تقوم النحلات بتحريك أجنحتها لتبريد الخلية، وتسمح لها هذه القدرة الطبيعية بحماية صغارها والحفاظ على بيئة مثالية لمستعمرتها .

ومع لك، عندما تؤثر عوامل الضغط الخارجية مثل المبيدات الحشرية أو فقدان الموائل أو التغيرات المناخية المفاجئة على الخلية، فإن النحل يكافح للحفاظ على مناخه الداخلي، وإذا فشل، تصبح المستعمرة عرضة للأمراض وانخفاض التكاثر، وفي النهاية الانهيار.

يتدخل النحالون عند الضرورة، لكن تقنيات المراقبة الحالية لا تكتشف دائمًا علامات التحذير المبكرة من المشاكل.

أدرك العلماء هذه الفجوة وطوروا أداة متقدمة لمساعدة النحالين في حماية خلاياهم.

نظام ذكي لتتبع صحة الخلية

قام فريق بحثي من كلية علوم الكمبيوتر بجامعة كارنيجي ميلون وجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد بتطوير نظام لمراقبة صحة الخلية بشكل أكثر دقة.

تستخدم هذه الأداة، المسماة “الطبيب البيطري الإلكتروني للنحل” (EBV)، أجهزة استشعار الحرارة والنمذجة التنبؤية لتتبع التغيرات في درجة حرارة الخلية وتحديد العلامات المبكرة للتوتر.

يتضمن نظام EBV مستشعرين – أحدهما داخل الخلية والآخر خارجها، يجمع هذان المستشعران بيانات درجة الحرارة في الوقت الفعلي، والتي يتم إدخالها بعد ذلك في نموذج يحسب عامل صحة الخلية.

توفر هذه القيمة الرقمية الفردية لمربي النحل فهمًا سريعًا لحالة مستعمرتهم، إذا ظل عامل الصحة قريبًا من واحد، فإن الخلية تعمل بشكل طبيعي، إذا انخفض بشكل كبير، يتلقى مربي النحل تحذيرًا مبكرًا بأن التدخل ضروري.

نهج قائم على البيانات لصحة الخلية

قام فريق البحث بتطبيق مبادئ الفيزياء والهندسة لتصميم نظام فعال لمراقبة الصحة، وقد شرح كريستوس فالوتسوس، أستاذ علوم الكمبيوتر في جامعة كارنيجي ميلون، النهج المستخدم لإنشاء نموذج التنبؤ بصحة الخلية.

نُشرت الدراسة في مجلة ACM Transactions on Knowledge Discovery from Data .

وقال البروفيسور فالوتسوس: “لقد استنبطنا معادلات تعتمد على المبادئ الأولى للانتشار الحراري، وانتقال الحرارة، ونظرية التحكم”، “لقد جمعنا هذه المعادلات معًا ثم ضغطنا كل البيانات التاريخية في رقم واحد، وهو عامل صحة الخلية، إذا كان عامل الصحة قريبًا من الواحد، فإن النحل يتمتع بصحة جيدة وينظم درجة حرارته.”

“إذا كان أقل من واحد بكثير، فهذا يعني أن خلية النحل ليست بصحة جيدة وقد تحتاج إلى تدخل، بمجرد أن نحسب عامل الصحة هذا كل يوم، يمكننا إجراء تنبؤات قياسية ويمكن لمربي النحل اتخاذ إجراءات أخرى.”

هذا النهج القائم على البيانات يبسط عملية اتخاذ القرار بالنسبة لمربي النحل، فبدلاً من الاعتماد فقط على عمليات التفتيش البصرية أو الخبرة، يمكنهم استخدام بيانات دقيقة في الوقت الفعلي لتقييم صحة الخلية والاستجابة للمشاكل قبل تفاقمها.

تصميم أداة لمربي النحل

كان أحد الأهداف الرئيسية لمشروع EBV هو ضمان سهولة استخدام النظام.

لا يتمتع العديد من مربي النحل بالخبرة الفنية في تحليل البيانات، لذا قام الباحثون بتكثيف البيانات في عامل واحد لصحة الخلية، يتيح هذا التبسيط لأي مربي نحل، بغض النظر عن خبرته، تفسير النتائج بسرعة.

وأكد جيريمي لي، طالب الدكتوراه في جامعة كارنيجي ميلون والذي عمل على المشروع، على أهمية التعاون بين المجالات المختلفة في جعل هذا النظام ناجحاً.

وضم الفريق باحثين من تخصصات علوم الكمبيوتر والهندسة الكهربائية وعلم الحشرات، وساعدت معرفتهم المشتركة في ابتكار حل عملي وفعال لمربي النحل، وقال لي “هذا شيء يثير اهتمامي بشدة – استخدام خبرتنا في علوم الكمبيوتر والعمل مع خبراء آخرين في مجال آخر لإحداث تأثير في مجال آخر”.

علوم الحاسوب في الزراعة

عمل لي على مشاريع أخرى تستخدم التقنيات الحسابية لحل تحديات العالم الحقيقي، بالتعاون مع البروفيسور فالوتسوس وباحثين آخرين من جامعة كارنيجي ميلون وجامعة ماكجيل، طبّق لي علم البيانات على علم الجريمة من خلال مساعدة الخبراء في اكتشاف شبكات الاتجار بالبشر. وقد أحدثت قدرته على ربط المجالات المختلفة تأثيرًا ملموسًا في كل من إنفاذ القانون والعلوم البيئية .

يمثل نظام EBV اتجاهًا متزايدًا حيث تساهم علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي في الزراعة والاستدامة البيئية.
بفضل التنبؤ والأتمتة، تساعد التكنولوجيا مربي النحل على الحفاظ على استقرار خلايا النحل ومنع الخسائر، والخطوة التالية هي تحسين النظام بشكل أكبر.

مستقبل التحكم في مناخ الخلية

وبتمويل إضافي من وزارة الزراعة الأمريكية، يعمل فريق البحث على أتمتة التحكم في مناخ الخلية .

في حالة نجاح النظام، لن يكتفي باكتشاف المشكلات الصحية فحسب، بل سيتخذ أيضًا إجراءات تصحيحية تلقائيًا.

وقد يتضمن هذا تعديل درجة حرارة الخلية لمواجهة الضغوط البيئية أو تنفيذ تدخلات مبكرة لحماية النحل من تفشي الأمراض.

بفضل التحكم الآلي في المناخ، يستطيع مربي النحل القيام بأعمال يدوية أقل مع الحفاظ على صحة الخلايا وإنتاج المزيد من العسل.

كما يمكن أن تساعد هذه التكنولوجيا مزارع تربية النحل الكبيرة في إدارة العديد من الخلايا بسهولة أكبر.

لا يزال انحدار أعداد النحل يشكل مصدر قلق خطير، لكن الابتكارات مثل نظام فيروس إبشتاين بار تقدم الأمل.

من خلال الجمع بين الخبرة العلمية والتطبيقات الواقعية، ابتكر الباحثون أداة يمكن أن تغير الطريقة التي يدير بها مربي النحل مستعمراتهم .