title: Επικονίαση καρπών με σμήνος ρομποτικών μελισσών
title: Robotic bee swarm crop pollination
Creators: name: Μαμης Κωνσταντινος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2021

description: Η παρούσα διπλωματική έχει στόχο να εξετάσει σε ποιο βαθμό είναι εφικτή η δημιουργία ενός αλγορίθμου σμήνους ρομποτικών μελισσών, το οποίο θα μπορεί να προσφέρει μια λύση στο προβλήματα της επικονίασης που δημιουργεί η μείωση των φυσικών επικονιαστών. Σκοπός της εργασίας επίσης είναι να καλύψει ένα κενό στη βιβλιογραφία και να αποτελέσει αρωγό για περαιτέρω έρευνα.
Η ρομποτική σμήνους είναι μια προέκταση της ρομποτικής, εμπνευσμένη από τη συλλογική συμπεριφορά αποικιών εντόμων, αγέλης ζώων και στοχεύει στη δημιουργία και το συντονισμό απλών σε λειτουργία ρομπότ, τα οποία δρώντας συλλογικά μπορούν να αναλάβουν και να φέρουν εις πέρας προβλήματα άνω των μεμονωμένων δυνατοτήτων τους. Ένας τέτοιος αλγόριθμος είναι ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης αποικίας μυρμηγκιών.
Στη διπλωματική αυτή επιλέχθηκε η χρήση του περιβάλλοντος της Matlab λόγω της ευκολίας που αυτή προσφέρει. Στο περιβάλλον αυτό, δημιουργείται ένα γράφημα σε άξονες x και y με τυχαία σημεία, το οποίο έχει βασιστεί σε καλλιέργειες ηλιανθού.  Το εμβαδόν του γραφήματος αναπαριστά τη περιοχή/χωράφι και τα σημεία τα προς επικονίαση λουλούδια ηλιανθού.  Επιλέγεται τυχαία ένα σημείο ως σημείο εκκίνησης των μελισσών, με άλλα λόγια η ηλεκτρονική κυψέλη τους. Στη συνέχεια εφαρμόζεται ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης αποικίας μυρμηγκιών προκειμένου να βρεθούν τα προς επικονίαση λουλούδια και  μια βέλτιστη διαδρομή προσπέλασης τους. Κάθε μέλισσα ρομπότ της αποικίας πλέον, διαθέτει περιορισμένο χρόνο πτήσης (μπαταρία), συγκεκριμένη ταχύτητα και στην κάθε επίσκεψή της προσλαμβάνει τυχαίο ποσό γύρης. Με το πέρας του αλγορίθμου κάθε λουλούδι έχει επισκεφθεί και έχει λίγη ως καθόλου εναπομείνασα γύρη και όλες οι μέλισσες έχουν επιστρέψει στην κυψέλη.
Προκειμένου να εξακριβωθεί η ορθότητα των αποτελεσμάτων, στις μεταβλητές του αλγορίθμου έχουν εισαχθεί τιμές για πραγματικές μέλισσες. Με το πέρας του αλγορίθμου, τα αποτελέσματα του της επισκεψιμότητας ανά 100 λουλούδια και του μέσου αριθμού επισκεψιμότητας  συγκρίθηκαν με δυο διαφορετικές, ανεξάρτητες έρευνες για καλλιέργειες ηλιανθού. Τα αποτελέσματα ήταν πολύ κοντά στις έρευνες αυτές.

description: This thesis aims to determine the feasibility of a robotic bee swarm algorithm, which could pollinate a crop field effectively. This endeavor will provide a solution to the pollinator decline issue. Moreover, this thesis fills the gap in the literature about robotic bee swarms and whenever they can exist in the near future. 
Swarm robotics is a field of multy-robotics, inspired by the collective behavior of bug colonies, animal packs and social insects. The swarm consist of simple robots which cooperate in order to perform a complex task. Inspired by ant colonies, the Ant Colony Optimization algorithm uses a number of robot agents in order to find a good path through a graph.
The algorithm was developed with Matlab. In the Matlab environment, a graph in x and y axes with random nodes is created. The graph’s acreage represents the crop field’s acreage. Nodes in the graph represents florets of Helianthus annus. A random node gets chosen as a starting point (this node represents the e-hyve). The robot bees/ agents, perform The ACO algotithm in order to locate the open florets in the field, and find a good path in the graph. Robot bees of the colony have limited fly time (battery), the same fly speed and they collect a random amount of pollen from each flower. The algorithm ends if the majority of florets have been visited, have no pollen left and all bees are back to the e-hyve).
In order to verify the accuracy of the results, the variable of the algorithm have been filled with data collected from real bees. After the completion of the process of the algorithm, its results regarding the footfall per 100 flowers and the average traffic, were compared with 2 different, independent studies for sunflower cultures. The algorithms results were found to be really similar to those of the studies