Schwerpunkte

Energieautarke Sensoren vs Bienensterben

Die Sensor-Bienen kommen

20. Mai 2021, 10:09 Uhr   |  Nicole Wörner

Die Sensor-Bienen kommen
© Micro-Sensys GmbH

Konzept eines bienengetragenen RFID-Sensors, der unterstützt durch eine miniaturisierte Batterie des Fraunhofer IZMs die Forschung zur Bienengesundheit vorantreiben soll.

Was braucht eine Honigbiene, um zu leben und sich wohl zu fühlen? Um das zu untersuchen, wollen Forscher ihnen winzig kleine energieautarke Sensorsysteme auf den Rücken kleben.

Um besser zu verstehen, welche Umweltfaktoren für die Gesundheit von Bienenvölkern entscheidend sind, ist es wichtig, sowohl die Entwicklung ganzer Bienenvölker als auch die von Einzeltieren zu untersuchen.

Das hat sich das Projekt Sens4Bee...

...zum Ziel gemacht. Mithilfe verschiedener RFID-basierter Sensoren in Bienenstöcken und an Einzeltieren wollen Wissenschaftler genügend Daten erheben, um das Bienenwohl in Verbindung mit Umweltereignissen und Umweltparametern analysieren zu können.

Zu diesem Zweck entwickelt die Firma Micro-Sensys ein Sensorsystem zur Erfassung von Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration und akustischen Signalen im Bienenstock. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ verarbeitet die gesammelten Daten und analysiert deren Bedeutung für den Gesundheitszustand der Bienenvölker. 

Zudem entwickelt das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM zusammen mit Micro-Sensys Sensoren, die eine neue Mikrobatterie-Technologie und Micro Energy Harvesting in einem System verbinden.

An Bienen angebracht...

...dienen diese Sensoren der Bestimmung von Temperatur, Helligkeit und Flugbewegung. Die gesammelten Daten werden im Anschluss in einer intelligenten Cloud-Lösung mit Analysetools bearbeitet und dargestellt.

Um die gewonnenen Daten für praktische Managementoptionen in der Imkerei zur Verfügung zu stellen, liegt ein weiterer Schwerpunkt des Projektes auf einer smarten Verarbeitung, welche die Imkern mit konkreten Handlungsempfehlungen versorgt. Für die angewandte Forschung werden die individuell erfassten Einzeltier- und Bienenstockdaten mit Umweltereignissen verknüpft, um beispielsweise die Bewertung von Umweltchemikalien zu verbessern.

 Sensor-Monitoring in Bienenstöcken für die bessere Analyse von Umweltchemikalien und anderen negativen Umwelteinflüssen.
© Micro-Sensys GmbH

Sensor-Monitoring in Bienenstöcken für die bessere Analyse von Umweltchemikalien und anderen negativen Umwelteinflüssen.

Des Weiteren entwickelt das Fraunhofer IZM mittels Silizium-Technologie eine extrem kleine Lithiumbatterie und ein Solarmodul. Diese werden von Micro-Sensys mit kleinsten Sensor-Transpondern und Sensor-Datenloggern mit RFID-Schnittstelle in ein so kleines und leichtes Modul integriert, dass es von 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 auf tierfreundliche Weise 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-Wafer-Level-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 während der Flugphase durch Tageslicht. Im Bienenstock wird die Batterie mittels Infrarotlicht aufgeladen.

Seit dem Projektstart...

...vor wenigen Monaten liegt der Fokus klar auf der technischen Entwicklung einer integrativen Lösung für Bienenstöcke, einer individuellen Sensorik sowie auf der automatisierten Auswertung, die den Imkern ein leicht zu bedienendes Werkzeug zur Verfügung stellen wird. Über diesen praktisch-orientierten Kundenkreis hinaus ist davon auszugehen, dass auch weitere Bienen- und Umweltinstitute sowie nationale und internationale Forschungsverbünde gewonnen werden können.

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