Использование крошечных сенсоров для отслеживания мигрирующих монархов

Миллионы бабочек-монархов каждую осень мигрируют к определённому скоплению горных вершин в центральной Мексике. Учёных особенно интересует, как именно они находят путь к своей зимовке и как выбирают маршрут, особенно в условиях, когда изменение климата меняет их привычные пути.

Ини Ли, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Университете Питтсбурга, входит в команду, разрабатывающую систему отслеживания, которую можно прикрепить к бабочкам-монархам. Она будет передавать данные об их местоположении на протяжении всего трёхмесячного путешествия на юг.

«Отслеживание миграции животных — это критически важный индикатор состояния экосистемы», — сказал Ли. — «Мигранты преодолевают большие расстояния через целые континенты, и это может дать нам беспрецедентное представление об их путях миграции, о том, как меняется окружающая среда и как меняющиеся перемещения и распределение влияют на взаимодействие видов».

Ранее отслеживать значительную часть миграции можно было только более крупных животных-мигрантов. Однако насекомые-мигранты составляют огромную долю от общего числа мигрирующих видов в мире. Для их отслеживания исследователи создали новую беспроводную сенсорную платформу mSAIL, специально разработанную для миграции монархов.

Крошечный чип размером 8×8×2.6 мм и весом 62 мг крепится на спину бабочки. Он может одновременно измерять интенсивность света и температуру, а по прибытии бабочек в пункт назначения — беспроводным способом передавать эту информацию исследователям. Система будет использовать алгоритм локализации на основе глубокого обучения, чтобы восстановить траекторию миграции бабочки после завершения путешествия.

Чтобы проверить потенциал mSAIL, исследователи прикрепили систему к живой бабочке-монарху в ботаническом саду. Чип был приклеен; с ним у бабочки не возникло проблем с полётом, раскрытием и закрытием крыльев или любым другим нормальным поведением.

mSAIL — это развитие работы, которую Ли завершил, будучи научным сотрудником в Мичиганском университете. mSAIL интегрирует ранее разработанные интегральные схемы в форм-факторе с 3D-компоновкой и впервые демонстрирует возможность локализации и отслеживания отдельных бабочек с помощью этой новой встроенной системы.

Следующий шаг проекта — массовое производство более 100 датчиков mSAIL, которые смогут надёжно работать в течение трёхмесячного периода миграции монархов. Исследователи выпустят бабочек, оснащённых mSAIL, в различных местах США и будут считывать данные с датчиков на хорошо известных остановках для отдыха (например, в западной части архипелага озера Эри) и в конечном месте зимовки в центральной Мексике. В конечном итоге команда надеется добавить в mSAIL датчик атмосферного давления, что позволит определять высоту и точнее оценивать путь бабочек.