Dem Bienensterben mit energieautarken Sensoren auf der Spur
Imkern liegt im Trend und das nicht nur im dörflichen, sondern auch im städtischen Alltag. Aber neben dem Honig liegt die eigentliche Bedeutung der Honigbienen in ihrer Bestäubungsleistung für die Landwirtschaft.
Dabei ergänzen sie die Aktivitäten der vielen Wildbienenarten, bei denen seit Jahren ein dramatischer Artenrückgang beobachtet wird. Im Mittelpunkt des Projekts „Sens4Bee“ stehen die Entwicklung und der Einsatz neuer Sensorsysteme, die es den Forscher*innen erlauben, die Bienengesundheit in Abhängigkeit von Umweltparametern zu analysieren.
Um besser zu verstehen, welche Umweltfaktoren für die Gesundheit von Bienenvölkern entscheidend sind, ist es notwendig, sowohl die Entwicklung ganzer Bienenvölker als auch Einzeltiere zu analysieren. Ziel des Projektes „Sens4Bee“ ist es, mithilfe verschiedener Sensoren in Bienenstöcken und an Einzeltieren genügend Daten zu erheben, um das Bienenwohl in Verbindung mit Umweltereignissen und Umweltparametern analysieren zu können. Die Honigbienen liefern dabei auch ein Modellsystem für die nicht kultivierten Wildbienenarten.
Für die Erfassung von Daten aus dem Bienenstock werden in der Microsensys GmbH neuartige Sensoren für die Erfassung von Temperatur, Feuchte und Vibrationen entwickelt, die auch noch mit bereits bestehenden Sensoren für das das Verhalten von Einzeltieren kombiniert werden können. Wissenschaftler*innen am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) konzentrieren sich auf die Erfassung dieser Daten in den Bienenvölkern und die Messung von akustischen Signalen im Bienenstock und den Zusammenhang von Monitoringdaten mit dem Gesundheitszustand der Bienen. Dazu werden zunächst die Daten von gesunden Völkern untersucht, um dann in Kooperation mit dem Julius-Kühn-Institut auch die Effekte der Exposition mit Pestiziden zu untersuchen.
Das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM wird an Bienen angebrachte Sensoren zur Bestimmung von Temperatur, Helligkeit und Flugbewegung mit einer neuen Mikrobatterie-Technologie und Micro-Energy-Harvesting in einem System verbinden. Damit die Daten und Analysen für praktische Managementoptionen in der Imkerei zur Verfügung stehen, liegt ein weiterer Schwerpunkt des Projektes auf der smarten Verarbeitung der gewonnenen Daten, die Imkernde mit konkreten Handlungsempfehlungen versorgen. Für die angewandte Forschung werden die individuell erfassten Einzeltier- und Bienenstockdaten miteinander und mit Umweltereignissen verknüpft, um beispielsweise die Bewertung von Umweltchemikalien zu verbessern.
Das IZM entwickelt außerdem eine extrem kleine Lithiumbatterie und ein Solarmodul mittels Silizium-Technologie, welche von der Firma Micro-Sensys GmbH mit kleinsten Sensoren-Transpondern und Sensor-Datenloggern mit RFID-Schnittstelle, zu einem Modul integriert werden, das so leicht und klein ist, dass es von den Bienen auf dem Rücken getragen werden kann. Das Gesamtgewicht liegt zwischen zwei und zehn Milligramm und wird mittels eines biokompatiblen Klebers direkt in der ersten Entwicklungsphase der Bienen tierfreundlich angebracht. Die Erfahrungen mit den bisher verwendeten passiven RFID-Chips haben gezeigt, dass Elektronikbauteile dieser Größenordnung das Verhalten der Bienen nicht beeinträchtigen oder verändern.
Mit der Silizium-Waferlevel-Technologie können Hunderte von kleinsten Batterien gleichzeitig auf einem Substrat hergestellt werden. Im Gegensatz zu bisher üblichen Knopfzellen mit Metallgehäusen, wird das sehr viel leichtere Silizium als Gehäusematerial verwendet. Das Ziel der Forschenden ist dabei, das System über die Flugdauer der Biene mit der Energie der Batterie zu versorgen. Die Aufladung erfolgt durch das Tageslicht während der Flugphase und mittels Infrarotlicht im Bienenstock.
Der Fokus von „Sens4Bee“ liegt damit klar auf der technischen Entwicklung einer integrativen Lösung für einen Bienenstock, individueller Sensorik und der automatisierten Auswertung, die den Imkernden ein leicht bedienbares Werkzeug zur Verfügung stellen wird. Über diesen praktisch-orientierten Kundenkreis hinaus, kann davon ausgegangen werden, dass auch weitere Bieneninstitute, Umweltinstitute, nationale und internationale Forschungsverbünde gewonnen werden.
