Соты на связи: ученые создали систему мониторинга ульев

Звуки роя

В проекте объединили усилия инженеры и ученые из Молодежного НИИ Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и группа инженеров МТС.

В устанавливаемый на улей модуль входят от одного до полутора десятков датчиков, измеряющих массу улья, температуру и влажность в нем, записывающих звуки и движение пчел. Там же расположены микроконтроллер и система передачи данных с кабелем, модемом, антенной, SIM-картой и сменными аккумуляторами. Микроконтроллер нужен в каждом улье, а SIM-карта может быть одна на несколько и располагаться в центральном вычислительном блоке. Число модулей определяет сам пчеловод, исходя из своих задач и возможностей.

— Сейчас модульная конструкция крепится на существующие типы ульев, а в будущем может быть запущена в производство как улей нового типа, чтобы вся электроника находилась в стенках и минимально контактировала с насекомыми. Иначе пчелы ее залепляют воском, и она может перестать работать, — пояснил «Известиям» автор концепции проекта, научный сотрудник лаборатории перспективных сенсоров и систем сбора данных Молодежного НИИ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Вячеслав Рыбин.

Система позволяет пчеловоду вовремя заметить, что улей, например упал — датчик массы покажет, что она равна нулю. Другие приборы проинформируют, что пчелы готовятся к роению или чем-то заболевают, замерзают или испытывают дефицит корма.

— Перед роением пчелы издают особые звуки — маточное пение. Трубные звуки только что вылупившихся маток фиксирует звукозаписывающая техника, есть несколько научных работ по их исследованию, — сообщил «Известиям» старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования и нелинейной динамики Молодежного НИИ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Артур Каримов.

Распознавание маточного пения было первой из задач, которой ученые обучили нейросети. В дальнейшем с помощью акустического модуля, записывающего шумы в улье, и нейросетей, способных выделять значимые шумы и их интерпретировать, ученые смогут распознавать распространенные болезни пчел на ранних стадиях. Например, варроатоз (поражение клещем варроа. — «Известия»), вирусные заболевания, отравления пестицидами.

Оперативно полученная информация сэкономит силы и время пчеловода, который будет выезжать только туда, где требуется его вмешательство.

Испытано на Северо-Западе

Проект мониторинга ульев развивается с 2016 года. Вначале это была инициатива молодых ученых. Затем к проекту подключился промышленный партнер — оператор сотовой связи. Наработки инженеров, программистов, математиков, проектировщиков, маркетологов сложились в несколько параллельных версий прототипа системы сбора данных. Их создавали с нуля, напечатав нужные детали и корпусы датчиков на 3D-принтере, и испытали в 2019 году на четырех пасеках в Новгородской, Псковской и Ленинградской областях.

На следующем этапе, летом 2021 года, разработчики совместно с учеными-апиологами готовятся провести более масштабные исследования для выявления звуков, характерных для различных болезней пчел. Когда нужные признаки будут выявлены, останется обучить нейросети их распознавать и выдавать в виде статуса (например, «подозрение на варроатоз»), который будет высвечиваться в пользовательском приложении на смартфоне или планшете у пчеловода.

— Хотя пчеловоды в большинстве своем довольно консервативны, около 70% из нескольких сотен опрошенных нами специалистов проявили интерес к исследованию. А каждый десятый согласился на установку оборудования на своей пасеке, — сообщил «Известиям» Александр Кудрявцев, ведущий инженер Центра сетевых платформ компании МТС, участник команды МТС-гараж, которая стала индустриальным партнером проекта по созданию программно-аппаратного комплекса для пчеловодов.

Фобии пчеловодов

Александр Кудрявцев отметил, что пятна уверенного приема сотовой связи соответствуют зонам рискованного пчеловодства — густонаселенным районам, местам с повышенной нагрузкой на экосистему, где больше выбросов промышленных предприятий.

Ученые полагают, что основное препятствие для сотрудничества — фобии, связанные с убежденностью пчеловодов в том, что электромагнитное излучение датчиков и особенно модулей GSM могут повредить насекомым.

— Крайне сильны психологические барьеры у старшего поколения. Мне не раз приходилось слышать, что, я, мол, телефон отключаю, когда на пасеку вхожу, а вы мне тут в улей предлагаете электронику поставить, — сказал Артур Каримов.

Хотя, по словам ученого, контроллер в 5V и датчики с еще меньшим напряжением не идут ни в какое сравнение, например, с грозами, которые проходят над пасекой.

Гипотеза о том, что болезни и вымирание пчел связаны с вышками сотовой связи, до сих пор не доказана.

— В этой полемике сколько же «за», сколько и «против». Причем она ведется голословно, на уровне гипотез. Доказательной базы я не видела, исследований о поведении пчел вблизи вышек сотовой связи и на удалении от них не проводилось, — сообщила «Известиям» ведущий научный сотрудник Федерального научного центра пчеловодства Наталия Билаш.

Однако модуль GSM разработчики всё же вынесли в отдельный блок и расположили его на удалении от ульев в 20 м — на таком радиусе действующая на улей мощность излучения ничтожна.

Не всё мед

Применение современных девайсов, по мнению Артура Каримова, сделает пчеловодство привлекательным для молодого поколения, воспитанного на компьютерных играх. Однако откачивать мед и лечить заболевших пчел придется в реальном мире, и здесь специфика отрасли, доступная далеко не каждому, останется прежней.

— Дистанционный мониторинг — это, конечно, удобно и актуально, — прокомментировала разработку Наталия Билаш. — Тем более что проблем у пчеловодства хватает: поражение варроатозом, вирусные заболевания, изменение растительной базы и т.д. Однако при всей актуальности разработки ее внедрение будет сдерживаться тем, что пчеловоды — не очень богатые люди, а приобретение системы мониторинга потребует заметных вложений.

По мнению Наталии Билаш, разработчиков также ожидает высокая конкуренция на рынке, так как системы мониторинга ульев создаются в Европе, Китае, на Украине. Новые подходы к решению проблем пчеловодства реализуются также в США — правда, американские специалисты идут по пути выведения новых пород пчел, более продуктивных и устойчивых к неблагоприятным условиям окружающей среды.

Наталия Михальченко