Trotz ihres winzigen Gehirns finden Honigbienen sicher nach Hause. Internationale Forschende, darunter die Biologin Jacqueline Degen, berichten in der Fachzeitschrift Nature, wie sich die Navigationsstrategie der Insekten auf autonome Flugroboter übertragen ließe.
Honigbienen sind Profis darin, für Orientierungsflüge und Futtersuche lange Strecken durch die Landschaft zu fliegen und wieder zu ihrem Bienenstock zurückzufinden – auch wenn sie nur über ein winziges Gehirn verfügen. Dazu nutzen sie unter anderem die sogenannte Odometrie: Anhand der vorbeiziehenden Landschaft können sie abschätzen, wie weit und in welche Richtung sie geflogen sind.
Diesen ausgeklügelten Mechanismus aus der Tierwelt hat sich ein internationales Forschungsteam genauer angeschaut – und damit eine Navigationsstrategie für menschengemachte Drohnen entwickelt. Am Projekt „Bee-Nav“ beteiligt waren niederländische Robotik-Forschende der Technischen Universität Delft, Biologinnen und Biologen der Universität Wageningen sowie die Navigationsbiologin Dr. Jacqueline Degen vom Institut für Biologie und Umweltwissenschaften (IBU) der Universität Oldenburg. Die entsprechende Studie hat das Team kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Honigbienen prägen sich markante Merkmale ein
Honigbienen führen vor Beginn der Nahrungssuche spezielle Orientierungsflüge durch, um sich mit ihrer Umgebung vertraut zu machen. Navigationsbiologin Dr. Jacqueline Degen hatte bereits 2015 genauer untersucht, wie die Insekten diese Flüge gestalten und unterschiedliche Teile der Landschaft erkunden. Entsprechende Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Animal Behaviour veröffentlicht. „Wir wissen, dass Honigbienen die Rückreise zu ihrem Bienenstock genau kalkulieren“, sagt Degen. „Während ihrer Orientierungsflüge prägen sie sich markante Merkmale ihrer Umgebung ein, die ihnen später zur Orientierung dienen.“ Wie genau die Tiere solche relevanten Umgebungsinformationen abspeichern, ist allerdings noch nicht vollständig verstanden.
Auf die Konstruktion von Drohnen ließen sich bisherige Erkenntnisse bereits erfolgreich übertragen. Kleine, autonome Flugroboter könnten künftig beispielsweise eingesetzt werden, um Pflanzen in Gewächshäusern auf Schädlinge und Krankheiten hin zu überwachen. Dabei sollen sie auch selbstständig navigieren können, wenn kein GPS verfügbar ist. Die meisten aktuellen Systeme tun dies, indem sie detaillierte Landschaftskarten erstellen. Allerdings erfordert das viel Rechenleistung und Speicherplatz, was solche Drohnen teuer und energieintensiv macht. Vor diesem Hintergrund untersuchte das Forschungsteam, inwieweit der Mechanismus, den Honigbienen beim Navigieren nutzen, auf autonome Flugdrohnen übertragbar sein könnte, damit die Robotersysteme kostensparender und energieeffizienter werden.
Orientierungsflüge wie bei Bienen
Mit Erfolg: Die Forschenden setzten auch bei Drohnen auf kürzere Orientierungsflüge in der Umgebung. In Experimenten im Freien ermöglichte die von den Forschenden entwickelte Navigationsstrategie „Bee-Nav“ sehr kleinen Quadrocopter-Drohnen, sich rund 600 Meter von ihrem Ausgangsort zu entfernen und erfolgreich zurückzufliegen – mit einem neuronalen Speicher von nur 42 Kilobytes. Auch in großen Innenräumen erwies sich jeder Test als erfolgreich. Nur bei windigen Außenbedingungen sank die Erfolgsquote auf 70 Prozent. Ein Hauptgrund dafür war, dass der Wind die Drohne zum Kippen zwang, wodurch ihre Bilder für die Navigation schwerer zu nutzen waren.
„Die Experimente sind sehr ermutigend“, wird der die Studie leitende Robotikforscher Dequan Ou in einer Mitteilung der Technischen Universität Delft zitiert. „Sie zeigen aber auch, dass unser derzeitiges System unter realen Bedingungen robuster werden muss.“ Degen ergänzt: „Die Studie liefert auch neue Erkenntnisse darüber, wie Honigbienen zu ihrem Bienenstock zurückfinden und welche Rolle Odometrie und visuelles Lernen dabei spielen.“ Weitere Studien seien nötig, um das komplexe Navigationssystem der Insekten zum Einschätzen von Entfernungen und Richtungen komplett zu entschlüsseln.
