E se l’ultima ape regina avesse custodi d’acciaio? Oggi, mentre il ronzio di questi indispensabili imenotteri si spegne lentamente a causa dei cambiamenti climatici, dei parassiti, della perdita di biodiversità e dei pesticidi, due nuovi progetti potrebbero vedere la luce in Europa: Roboroyale e Hiveopolis – entrambi finanziati dall’Unione europea – non sono distopia, ma l’ultima frontiera della sostenibilità, dove la microrobotica sostituisce le api di corte e un algoritmo imita la waggle dance (la danza scodinzolante che indica la posizione di polline e nettare, fonte di cibo) per salvare intere colonie di questi insetti impollinatori.
Soluzioni innovative che potrebbero uscire dai confini del Vecchio Continente per approdare anche al di là dell’Atlantico: tra il 2024 e il 2025, negli Stati Uniti piccoli e grandi apicoltori hanno riportato il più alto tasso di perdita invernale mai registrato: 40,2%.
È questo il risultato del sondaggio condotto dall’organizzazione no profit Apiary inspectors of America (AIA) in collaborazione con l’Università di Auburn e l’Università statale dell’Oregon. Rilevazioni simili vengono condotte anche in Europa da un’altra organizzazione internazionale senza scopo di lucro, la rete Coloss (Prevention of honeybee colony losses), che nella sua ultima analisi sulla stagione fredda tra il 2019 e il 2020 ha evidenziato un tasso medio di mortalità del 18,1% tra i 27 paesi dell’Ue.
Il valore delle api e dell’impollinazione
Architetti invisibili del nostro cibo: per la Fao il 75% delle colture alimentari mondiali dipendono dall’impollinazione operata da api domestiche e selvatiche, oltre che da altri animali come scarafaggi, falene, farfalle, uccelli e pipistrelli, con un contributo annuo complessivo all’economia globale di 217 miliardi di euro. Contributo che per la sola produzione agricola dell’Unione europea vale 5 miliardi stimati al 2019 stando alla piattaforma comunitaria di ricerca statistica Inca (Integrated system for natural capital accounting).
Osservando i dati Faostat più aggiornati sul numero delle colonie di apis mellifera per area geografica, il numero complessivo degli alveari in Europa è aumentato dai 22,5 milioni del 1990 ai 25,4 del 2023, soprattutto in Spagna e in Italia (ma anche in altri paesi del bacino del Mediterraneo, come Algeria e Egitto). Diversamente, in Nord America nella stessa finestra di tempo il loro numero è diminuito: dai 3,7 milioni del 1990 si è passati ai 3,3 del 2023.
Tuttavia, l’Europa non è esente da episodi di morti di massa di questi imenotteri, che avvengono in maniera improvvisa e non uniforme, soprattutto nei paesi settentrionali e orientali del continente. Come quello che quest’anno ha interessato il Belgio, dove il tasso di perdita per l’ultimo inverno è stato del 22,5% secondo l’istituto per le api da miele della Ghent University.
Come riferito dalla ricercatrice dello stesso istituto Ellen Danneels al The Brussels Times “un tasso di perdita invernale normale si aggira intorno al dieci per cento”. Per numeri così alti invece le cause sono da ricercare in “una combinazione tra l’azione dell’acaro parassita Varroa, lo stress causato dalla specie infestante di Vespa Velutina – originaria del Sud Est asiatico – la diminuzione della disponibilità di cibo, l’uso di pesticidi e le pratiche scorrette degli apicoltori”. Per scongiurare morie simili, nel prossimo futuro potrebbero rivelarsi fondamentali progetti come Roboroyale e Hiveopolis.
Il “triplice paradigma” della sopravvivenza
L’importanza dell’ape regina deriva dai compiti che essa svolge per il mantenimento dell’equilibrio dell’intera colonia, assicurandone la continuità nel tempo: è l’unica ape fertile dell’alveare, responsabile della deposizione delle uova e emette particolari feromoni che coordinano l’azione di tutti gli esemplari al suo interno. Questi feromoni vengono diffusi tramite un particolare processo chiamato “trofallassi“: le api nutrici, che compongono la corte della regina, dandole da mangiare se ne impregnano e li trasmettono alle operaie.
Per questo dal 20 gennaio 2021 Roboroyale – progetto Finanziato dall’Ue con oltre 3 milioni di euro distribuiti tra le università inglesi di Durham e Manchester, l’università austriaca di Graz, il Politecnico di Praga e il Politecnico del Medio-Oriente di Ankara – punta a migliorare l’azione della corte con una nursery high-tech minimamente invasiva e in grado di influenzare positivamente non solo la vita nell’alveare ma gli ecosistemi nel loro insieme, sulla base di un paradigma concettuale costruito su tre piani di azione interagenti: organismic augmentation (aumento organismico), bio-hybrid socialization (socializzazione bio-ibrida) e ecosystem hacking (hackeraggio dell’ecosistema).
Roboroyale e il potenziamento degli ecosistemi
Sviluppando il paradigma appena descritto, nel caso di Roboroyale dei microrobot che combinano biotecnologie alla robotica classica, coordinati da un sistema di intelligenza artificiale, diventeranno parte attiva della corte e opereranno attorno alla regina occupandosi della sua alimentazione, della sua pulizia (grooming), nonché del trasferimento di feromoni, proprio come un superorganismo vivente, ecologicamente attivo e tecnologicamente potenziato. Ad esempio, fornendo all’ape madre una maggiore quantità di cibo proteico, puntano ad aumentarne il tasso di deposizione delle uova.
Poiché l’elevato afflusso di proteine verrà fornito esclusivamente alla regina e non al resto della colonia (senza robot questi due flussi sono praticamente inseparabili in natura), le operaie dovranno impegnarsi in più voli di raccolta del polline aumentando il tasso di impollinazione con un triplice beneficio: un effetto positivo sulla crescita delle piante, dunque una maggiore diffusione di vegetazione, frutti e semi; il conseguente aumento della disponibilità di cibo per gli altri animali e in ultimo la diminuzione della competizione con altre specie di impollinatori selvatici, anch’essi fortemente minacciati e soggetti a una drastica riduzione. È quì che avviene “l’hacking ecosistemico” con un approccio che non punta a sostituire integralmente specie ormai già estinte ma a salvaguardare quelle ancora presenti sfruttando i numerosi “ganci” che offre la complessa struttura societaria delle api domestiche e di altri insetti per l’integrazione di soluzioni innovative. Un concetto, quest’ultimo, racchiuso nel termine “socializzazione bio-ibrida”.
A che punto siamo?
Al momento è stato realizzato un prototipo sperimentale del modulo principale che verrà montato intorno al favo di covata dell’alveare. Lungo le pareti del favo, delle luci e una videocamera compongono il sistema Aroba (Autonomous robotic observation and behavioral Analysis), che grazie ad un algoritmo di decision-making è in grado di tracciare la regina, la sua corte e le operaie, oltre che i vari tipi di celle, le larve e tutti gli eventi socialmente significativi che avvengono in un dato momento (dimensione della corte, nutrimento e pulizia della regina, il suo riposo, la trofallassi, il tasso di deposizione delle uova, la chiusura delle celle, la schiusa ecc.), generando metriche qualitative e quantitative che combinate tra loro possono già contribuire a rivelare interazioni tra comportamenti apparentemente non correlati e fungere da sistema di allerta preventivo per il deterioramento della salute della colonia.
La generazione di metriche affidabili da parte di Aroba è stata dimostrata estraendo i dati da 27,4 milioni di immagini della regina e dei suoi dintorni, catturate in autonomia durante la fase di sperimentazione del sistema che ha registrato 24 ore su 24 dal 20 settembre 2023 al 19 ottobre 2023. In futuro, l’efficienza e l’equipaggiamento di Aroba con sensori aggiuntivi (come telecamere termiche e scanner laser) arricchiranno i set di dati ambientali e comportamentali raccolti.
Il passo successivo consisterà nella realizzazione dei microrobot da inserire materialmente nell’alveare e che saranno diretti da Aroba per le interazioni con i vari tipi di api in esso presenti. Ma la sfida più grande per un’integrazione di successo resta quella di far accettare questi robot al resto della colonia. Per questo gli agenti artificiali dovranno possedere parametri fisici precisamente impostati (come odore, colore e struttura) così come un comportamento simulato che possa essere il più simile possibile a quello delle api naturali. Tutto ciò dovrà essere realizzato entro il 31 ottobre 2026, data prevista per la chiusura del progetto.
Una strada tracciata da Hiveopolis
La creazione di alveari tecnologicamente all’avanguardia è un obiettivo che l’Ue insegue ormai da anni: lo testimonia il progetto Hiveopolis, attivo dal 1 aprile 2019 al 31 marzo 2024 con finanziamenti per circa sette milioni di euro distribuiti tra l’Università di Graz, la Scuola politecnica di Losanna, la Libera università di Bruxelles, le università Libera e Humboldt di Berlino, l’Università di tecnologie intelligenti di Sofia e l’Università di bioscienze e tecnologia della Lettonia.
È in questo contesto di ricerca che è nato il triplice paradigma organismic augmentation, bio-hybrid socialization e ecosystem hacking e Roboroyale ne raccoglie l’eredità. Grazie a Hiveopolis, nel novembre 2021 è stato creato il primo prototipo di robot – destinato all’uso in laboratorio – traduttore della waggle dance, la danza scodinzolante delle api che indica un sito di foraggio gratificante visitato da un membro della colonia. Tramite un movimento stereotipato che codifica sia la direzione che la distanza dal sito, l’ape bottinatrice infatti comunica alle sue “colleghe” la posizione esatta della fonte di cibo.
Un robot biomimetico posto su un braccio meccanico e integrato con un sistema di analisi è riuscito a codificare e imitare questo linguaggio, indirizzando con successo alcune api poste sotto osservazione verso nuovi siti di foraggiamento contenenti soluzioni zuccherine. Grazie agli esperimenti messi in campo dal suo team, Hiveopolis è stato il primo progetto di ricerca ad aver registrato scientificamente una comunicazione di successo tra le api domestiche e un robot, reclutando bottinatrici e influenzandone il volo.
La strada tracciata in futuro potrebbe consentire anche manipolazioni uniche delle attività di nutrimento di una colonia, guidandola verso fonti ricche e sicure e proteggendola da siti indesiderati, con sbocchi anche nella comunicazione tra alveari.
Gli alveari “smart” già sul mercato
Il potenziale intravisto in tecnologie simili è tale che in Europa e nel resto del mondo il concetto di alveare smart è già entrato in parte nel mercato, facendo sue alcune soluzioni pionieristiche. Per quelle attualmente in commercio si può distinguere tra arnie completamente robotizzate, che permettono il monitoraggio e azioni da remoto come l’esecuzione di trattamenti, la ridistribuzione di cibo, la chiusura degli alveari per un maggiore isolamento durante l’irrorazione di pesticidi e talvolta anche la raccolta di miele in modo autonomo; sistemi di monitoraggio avanzato con AI, che tramite l’uso di molteplici sensori (temperatura, umidità, suono, peso, immagini, Co2 ecc.) raccolgono e analizzano dati per fornire diagnosi precoci, allerte e supporto decisionale agli apicoltori, pur non intervenendo fisicamente in modo autonomo all’interno dell’arnia; soluzioni focalizzate su aspetti specifici come sistemi avanzati per il controllo non chimico del parassita Varroa o per l’ottimizzazione della nutrizione.
Per questo una soluzione come quella pensata da Roboroyale non rappresenta un’utopia, né si fa portatrice di una visione distopica del futuro basata sull’assenza di un importante insetto impollinatore come l’apis mellifera, bensì si propone come un efficace interazione tra uomo, tecnologia e animale secondo il paradigma presentato, aprendo a una maggiore tutela di ecosistemi fondamentali per l’uomo.
