物联网英雄创建无线网络用于研究蝙蝠

社交距离研究是自 2019 年以来连续发表的几项案例研究之一，详细介绍了他们设计的第一款无线生物记录网络，用于跟踪和研究野生蝙蝠。新的生物记录技术允许同时进行直接临近感测、高分辨率跟踪和长距离远程数据下载，所有这些都使他们的团队能够收集前所未有的野生蝙蝠数据和观察结果。无线传感器网络不仅在蝙蝠社交性质方面取得了令人瞩目的发现，还为传染病传播、野生动物资源、觅食策略和生理学等科学知识的新领域打开了大门。两位杰出的科学家解释了他们的研究的过程，以及新技术如何使科学家和动物保护专家突破动物生物记录的界限。

贴有标签的吸血蝙蝠 (Desmodus rotundus)
图片来源：Sherri 和 Brock Fenton

告诉我们你们是如何开始合作的，亦请给我们介绍一下蝙蝠研究背景。

Simon：自 2013 年年底以来，我一直参与这个项目，受到了我导师的启发，他也是蝙蝠生物学家。他以前经常去希腊进行野外工作，但他们跟踪和生物记录蝙蝠的方法有点难以置信——他基本上是在蝙蝠后面跑，用天线追逐它们。我们知道必须有更好的方法才能做到这一点，而且这所大学在计算机科学家、工程师和生物学家之间有着悠久的合作历史。他们决定在无线传感器网络上创建一个大型的协作项目，使用适用于蝙蝠的全自动跟踪系统。

蝙蝠是个很棒的物种，因为它们神出鬼没，很难观察它们，而且它们在夜间活动，身形很小。如果您的项目能够在蝙蝠这一物种方面取得成功，那么很可能适用于大多数物种。这是德国研究基金会 (DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft) 资助的研究单位的动机所在。

您能详细介绍关于无线传感器网络及其收集信息的方式的内容吗？

Simon：我想说的是，这是非常复杂精细的生物记录传感器网络，自动化的程度和数据质量当然是罕有的，因为我们结合了不同的功能。我们拥有高分辨率跟踪功能，可以小规模追踪带有标签的动物，并且我们还进行了临近感测。包括外壳和电池在内，标签重量只有一克。如果您看看用于 GPS 跟踪的系统，远程下载功能需要占用几克重量，因为其能源价格昂贵。这一切都给标签增加了相当大的重量，因此拥有这个 1 克标签，可以选择远程检索数据，真的很棒。

对于我这名生物学家而言，最激动人心的功能是临近追踪。这些标签相互传递并交换信息，因此我们可以每隔几秒钟就获得一整组动物的社交网络，如果您一直在研究动物的社交网络，那太令人兴奋了，而且数据量非常惊人。

您为什么选择将 Silicon Labs 用于您的无线网络？

Niklas：自 2017 年以来，我们一直在所有研究中使用 Silicon Labs EFR32 SoC。我们的标签具有临近记录和定位功能，可在两个不同的频率级别上运行。在使用 Silicon Labs 之前，我们必须使用三个单独的 IC 来适应这些功能。但是，Silicon Labs Flex Gecko 在一个组件中集成了频率收发器和微处理器内核。能够从三个组件扩展到一个组件，使 PCB 更小，更容易控制无线电，从而整体改善性能。我们还因为 Silicon Labs Gecko 解决方案的超低功耗功能而选择它。在给动物贴标时，我们需要我们的解决方案尽可能小、轻、低功耗，Silicon Labs 解决方案支持这一需求。

您能告诉我们更多关于您从技术研究中了解到的蝙蝠知识吗？

Simon：我们进行的第一项研究是关于褐山蝠：居住在城市公园的欧洲蝙蝠。每隔几天，蝙蝠就会改变栖息地点；因此，我们想了解蝙蝠幼崽如何知道这个群体不断变化的栖息地点在哪里。到目前为止，一直无法跟踪。通过我们的无线网络，我们发现母蝙蝠实际上会引导它们的幼崽前往新的栖息地；他们一起离开栖息地，一起飞行，一起到达新的栖息地。这是我们第一次简单地应用临近感测技术，在蝙蝠身上发现了一种全新的母性关怀形式。

然后，我们继续研究吸血蝙蝠，这是最具社会性的蝙蝠物种。它们有着类似于人类友谊的社会关系，因为它们彼此认识，更喜欢与团队中的某些个体建立联系，相互打扮，甚至分享食物。这种行为主要在圈养环境中研究发现的，因为在野外很难观察到蝙蝠。我们能够使用我们的临近传感器来了解这些社交行为是否只是圈养的假象，还是在野外生存的产物。我们圈养一些我们知道彼此有社会关系的蝙蝠，两年后又把它们放归野外。我们可以追踪自然栖息地中所有蝙蝠之间的关联，并表明这些社会关系是在野外维持的，即使与新的蝙蝠互动，并且在完全不同的环境中也是如此。研究第一次证明了这些关系非常稳定，并且在野外仍然存在。如果没有这项技术，就无法观察这些行为。

去年秋天，您的一项研究被国际媒体广泛报道。您能告诉我们您的发现吗？

Simon：我们使用无线网络来观察蝙蝠的社交网络，以及一只蝙蝠患病时其它蝙蝠会受到什么影响。我们给一半的受试蝙蝠服用了一种引起免疫反应的物质，这种物质实际上不会让它们患病，但会让免疫系统产生反应。有了我们的高精度数据，我们可以观察蝙蝠生病时社交网络会发生什么情况。我们发现，它们的社交接触减少了（我们称之为保持社交距离），在这段生病时期之后，与“生病”蝙蝠的互动水平恢复正常。从本质上讲，我们发现当它们感到不适时，会设法与群体保持距离。

您未来的研究计划是什么？

Niklas：我们正在打造一家名为 Dulog 的公司，出售这项技术以用于其它动物。正在与几位试点客户一起开发该技术，应该在今年晚些时候上市。

Simon：从预防传染病的传播到研究群居动物在食品资源上的信息流，乃至交配行为，这些应用没有终点，一切都有可能！为什么群居动物的行为方式会如此？借助我们的技术，现在您可以观察它们的自然行为，而不会受到干扰，但您也可以用来观察动物对野外对实验方法的反应。

您认为物联网在未来 5-8 年将走向何方？

Niklas：随着物联网的发展，传感器变得越来越小，这确实使科学界从中受益，我们获得了大型商业市场所推动的物联网优势。

Simon：对于生物学而言，飞跃总是受到科技的启发。动物追踪已经存在 50 或 60 年了，但物联网的进步使这些最近的发展在生物记录和动物追踪方面实现了真正的复兴。您可以在生物学研究的各个方面使用超低功耗计算的优势，我们不仅可以获得更好的数据，还可以为更广泛的动物物种提供数据。

有关我们EFR32技术的更多信息，请访问 https://www.silabs.com/products/wireless/technology