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Roboterbienen – das erinnert an die dystopische britische Science-Fiction-Serie «Black Mirror». In der Folge «Hated in the Nation» («Von allen gehasst», 2016) haben bienenähnliche Minidrohnen die ausgestorbenen Bienen ersetzt, um die Bestäubung der Pflanzen aufrechtzuerhalten. Ein Krimineller hackt die Drohnen, um mit ihnen Menschen umzubringen. Ein eher beklemmendes Szenario.
In der Realität werkeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler tatsächlich seit Längerem an diversen Projekten, in denen Roboterbienen entwickelt werden sollen. Die technische Lösung dient gewissermassen als Plan B für den Fall, dass sich das Bienensterben – oder generell das Insektensterben – nicht aufhalten lassen sollte.
Wie wichtig die Bienen und andere Insekten sind, zeigt nur schon die simple Tatsache, dass etwa ein Drittel der von uns verzehrten Lebensmittel von Bestäubern abhängig sind. Laut einer Studie aus dem Jahr 2011 gehen rund 88 Prozent der Blütenpflanzen weltweit auf die Bestäubung von Tieren zurück. Eine einzige Biene kann bis zu 100 Blüten pro Tag bestäuben, ein ganzes Volk schafft zusammen mehrere Millionen.
Zu den am weitesten fortgeschrittenen Projekten gehört die sogenannte RoboBee, die von Forschenden des Wyss Institute der Harvard University entwickelt wird. Diese Roboterbiene, die nur halb so gross wie eine Büroklammer ist und etwa 90 Milligramm wiegt, verfügt über intelligente Sensoren. Diese imitieren die Funktion der Augen und Antennen der Bienen und ermöglichen es dem winzigen Gerät so, die Umgebung wahrzunehmen und darauf zu reagieren.
Angetrieben wird die RoboBee beim Flug durch künstliche Muskeln. Diese bestehen aus Materialien, die sich zusammenziehen, wenn eine Stromspannung angelegt wird. Die Mikro-Drohnen sollen dereinst eigenständig fliegen und in Schwärmen als Einheit zusammenarbeiten können.
Ein anderes Projekt ist der DelFly Nimble der TU Delft, der knapp 30 Gramm wiegt und eine Flügelspannweite von 33 Zentimetern aufweist. Damit ist er wesentlich grösser als die RoboBee. Der niederländische Brummer hat vier Flügel, die es ihm erlauben, in alle Richtungen zu schweben. Zudem verfügt er über einen Bordcomputer und Sensoren.
Er ist selbst in der Lage, eine Nutzlast von vier Gramm zu tragen, etwa eine Kamera. Der DelFly Nimble dient eigentlich der Erforschung des Insektenflugs, doch seine Entwickler sehen für die Zukunft auch andere Einsatzmöglichkeiten. So könnte er etwa Pflanzen in einem Treibhaus bestäuben.
Ein neues Projekt namens RoboRoyale, das überdies einen anderen Ansatz verfolgt, wird unter anderem von einem Forschungsteam um Farshad Arvin entwickelt, Professor in der Abteilung für Computerwissenschaften der Universität Durham. Es unterscheidet sich von anderen Projekten dadurch, dass es auf die Bienenkönigin fokussiert und nicht auf das gesamte Bienenvolk: Die Forschenden tüfteln an einem System von Roboterbienen, die im Stock das Verhalten der Bienenkönigin beeinflussen sollen.
«Wir wollen das gesamte Ökosystem beeinflussen, indem wir nur mit einem einzigen Tier, der Königin, interagieren», sagt Arvin. «Wenn wir beispielsweise dafür sorgen können, dass Aktivitäten wie die Eiablage zur richtigen Zeit stattfinden, erhalten wir gesündere Nachkommen und aktivere, gesündere Bienenvölker. Das wiederum wird dann die Bestäubung verbessern.»
Die winzigen Roboter – Nachbildungen der sogenannten Hofbienen, die normalerweise mit der Bienenkönigin interagieren – sollen die Königin dazu bringen, so viele Eier zu legen wie möglich, indem sie ihr beispielsweise das richtige, proteinreiche Futter zur richtigen Zeit geben. Zudem soll die Königin mehr Pheromone produzieren. Diese Dufthormone steuern das gesamte Bienenvolk.
Das RoboRoyale-System besteht aus sechs bis acht Roboterbienen, von denen einige mit einer kleinen Kamera ausgerüstet sind. Sie werden innerhalb eines Beobachtungsbienenstocks von einem Controller gesteuert, der von aussen an ihnen angebracht ist. Mit der Zeit sollen die Roboterbienen dann völlig autonom werden, das System soll per maschinellem Lernen herausfinden, wie es seine Aufgabe am besten bewerkstelligt.
Zur Feinabstimmung der Roboterbienen wurden Bienenköniginnen aus unterschiedlichen Stöcken mit Kameras beobachtet, um den Einblick in ihr Verhalten zu vertiefen. Mehr als 150 Millionen Flugbewegungen der Königinnen innerhalb des Stocks wurden dabei aufgezeichnet. Zudem konnten detaillierte Bilder von ihren sozialen Interaktionen mit anderen Bienen geschossen werden. Getestet wurde das System bisher in Österreich und in der Türkei in künstlichen Bienenstöcken aus Glas. Die Roboterbienen sollen später völlig autonom fliegen.
Die Kombination von Robotik und Natur hat allerdings auch ihre Schattenseiten. So reagieren Bienen empfindlich auf Fremdkörper in ihrem Stock – sie werden versuchen, diese zu entfernen oder mit Wachs einzupacken. Es ist daher nicht einfach, die Roboterbienen mit Etiketten zu versehen, denn sie sollten richtigen Bienen so ähnlich wie möglich sein.
Gleichwohl gehen die Forschenden davon aus, dass Robotik und künstliche Intelligenz langfristig eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung von Ökosystemen spielen werden. Dazu könnte nur schon der Umstand beitragen, dass es auf diese Weise möglich ist, näher an Tiere und Pflanzen heranzukommen und bisher noch unbekannte Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Tieren und Umwelt genauer zu untersuchen.
Noch gibt es keine Roboterbienen, die in der Umwelt als Bestäuber die Funktion von Insekten übernehmen könnten. Eines der Hauptprobleme, mit denen ihre Entwickler zu kämpfen haben, ist die Reichweite. Falls die Mikrodrohnen ihre Energie aus einem Akku beziehen, darf dieser nicht zu gross sein, da sie sonst zu schwer werden. Die RoboBee, die Solarzellen verwendet, fliegt nur bei hellem Licht und ist noch untauglich für einen Flug in der Natur.
Sollten jedoch dereinst tatsächlich künstliche Bienen als Bestäuber herumfliegen, wird dies wohl neue Probleme verursachen. Eines davon könnte der Müll sein, der in der Natur liegen bleibt, wenn solche Roboterbienen verloren gehen. Sie sind schliesslich nicht wie ihre natürlichen Vorbilder aus organischem Material, das sich schnell zersetzt. Und auch die Frage, ob diese Technik nicht missbraucht werden könnte, würde sich dann akut stellen. Roboterbienen sind – je nach Modell – mit GPS, intelligenten Sensoren, Verarbeitungschips oder Kameras ausgestattet. Die Gefahr besteht also tatsächlich, dass sie gehackt und umprogrammiert werden könnten, wie es die «Black Mirror»-Folge zeigt.