Millionen von Monarchfaltern wandern jeden Herbst zu einer bestimmten Ansammlung von Berggipfeln in Zentralmexiko. Wie genau sie zu ihrem Winterquartier navigieren und wie sie ihren Weg wählen, ist ein Thema von großem Interesse für Wissenschaftler – zumal der Klimawandel ihren eingeschlagenen Weg umlenkt.
Inhee Lee, Assistenzprofessorin für Elektro- und Computertechnik an der University of Pittsburgh, ist Teil eines Teams, das ein Ortungssystem entwickelt, das an Monarchfaltern befestigt werden kann und während der dreimonatigen Reise nach Süden Daten über ihren Standort übermittelt.
„Das Verfolgen der Tiermigration ist ein kritischer Ökosystemindikator“, sagte Lee. „Migrationsreisende legen weite Strecken über ganze Kontinente zurück, und dies kann uns beispiellose Einblicke in ihre Migrationswege geben, wie sich die Umwelt um sie herum verändert und wie die Interaktionen zwischen Arten durch sich ändernde Bewegungen und Verteilungen beeinflusst werden.“
Bisher konnten nur größere Wandertiere für wesentliche Teile ihrer Wanderung verfolgt werden. Wanderinsekten machen jedoch einen enormen Teil der gesamten Wanderer auf der ganzen Welt aus. Um sie zu verfolgen, haben Forscher eine neue drahtlose Sensorplattform namens mSAIL entwickelt, die speziell für die Migration von Monarchen entwickelt wurde.
Der winzige, 62 mg, 8 × 8 × 2,6 mm große Chip ist am Rücken des Schmetterlings befestigt und kann gleichzeitig Lichtintensität und Temperatur messen und diese Informationen drahtlos an die Forscher zurücksenden, sobald die Schmetterlinge ihr Ziel erreicht haben. Das System wird einen auf Deep Learning basierenden Lokalisierungsalgorithmus verwenden, um die Migrationsbahn des Schmetterlings nach seiner Reise zu rekonstruieren.
Um das Potenzial von mSAIL zu testen, befestigten Forscher das System an einem lebenden Monarchfalter in einem botanischen Garten. Der Chip wurde auf den Schmetterling geklebt; Es hatte kein Problem damit, zu fliegen, seine Flügel zu öffnen und zu schließen oder sich mit einem anderen normalen Schmetterlingsverhalten zu beschäftigen, wenn der Chip vorhanden war.
mSAIL ist eine Erweiterung der Arbeit, die Lee als wissenschaftlicher Assistent an der University of Michigan abgeschlossen hat. mSAIL integriert zuvor entwickelte integrierte Schaltungen in einen 3D-gestapelten Formfaktor und demonstriert zum ersten Mal die Machbarkeit der individuellen Lokalisierung und Verfolgung von Schmetterlingen unter Verwendung des neuartigen eingebetteten Systems.
Bildnachweis: University of Pittsburgh
Der nächste Schritt des Projekts ist die Massenproduktion von über 100 mSAIL-Sensoren, die während der dreimonatigen Migrationsphase der Monarchen zuverlässig funktionieren. Die Forscher werden die mit mSAIL ausgestatteten Schmetterlinge an verschiedenen Orten in den USA freilassen und mit den Sensoren an den etablierten Ruheplätzen der Schmetterlinge – wie etwa im westlichen Lake Erie-Archipel – und am letzten Überwinterungsort in Zentralmexiko nachfragen . Schließlich hofft das Team, mSAIL um einen Luftdrucksensor zu erweitern, der es ihm ermöglichen wird, die Höhe zu bestimmen und den Weg der Schmetterlinge genauer einzuschätzen.
Inhee Lee et al., mSAIL, Proceedings of the 27th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (2021). DOI: 10.1145/3447993.3483263