机器人科学家的崛起——遥感在生物学中的应用

生物记录器或智能标签——使用自动传感器远程收集和记录生物数据——已经成为生物学家工具包中越来越重要的工具。在硬件小型化、延长电池寿命和软件质量方法方面的进步导致了大量的研究，在生物科学中似乎有无尽的应用，涉及环境科学、保护、进化和行为学。

为什么遥感器如此吸引人？

传统上，科学家需要勇敢面对极端条件和恶劣的地形，亲自采集样本并记录数据。对自由活动的动物的跟踪主要局限于大型哺乳动物，依靠近距离工作的无线电发射器，研究人员将受到距离和时间的限制。遥感器可以在没有研究人员在场的情况下收集数据，并扩大了可以研究的研究课题的范围，使我们能够“访问”以前无法到达的栖息地。它们被认为对生态系统的侵入性或侵入性较小，因此它们还可以提供对动物自然行为的洞察，而这些行为在人类面前可能会受到抑制。

遥感器正在改变生物学家收集数据的方式，推动了我们对偏远地区景观和野生动物行为方式的了解。

遥控机器人

遥控飞行器（ROV）由无线电或电缆连接控制，部署在水下或陆地、空中（无人机）或太空。当感兴趣的地点难以进入甚至无法到达，或其面积巨大或需要大量和冗长的数据收集时，ROV尤其有价值。ROV可以携带传感器、相机和机械臂，可以调查景观或栖息地用途，或收集生物数据，包括标本。以ROV为例，记录了东北太平洋巨型幼虫类（一种自由游动的被膜动物）的存在。

遥感机器人可以用来监测一系列环境变量，包括空气温度、降雨量、湿度或阳光。这些评估可以评估土地使用、保护，包括森林砍伐和气候变化对景观的影响。例如，改变土地利用模式，包括城市扩张或监测空气污染。

动物作为数据采集器

生物录像机可以安装在动物身上，这样就可以同时从环境中收集信息，如光、气压/水压、外部温度、相对湿度和磁场，以及动物，包括体表温度、心率、运动和行为。加速计已经被用来量化一系列物种在不同环境中的身体姿势和运动，包括潜水和飞行行为模式。可以创建波形来轻松区分不同的行为（图1）。

那么这些小标签是怎么贴上去的？

如此丰富的数据收集在一个小标签！生物记录器可以支持更复杂的动物运动、行为、生理学以及与环境的相互作用的研究。加速计已适用于100多种物种的附着，从王扇贝、藤蟾蜍到棕熊和抹香鲸（Walker等人2015年回顾）。

固定方法包括领子、脚手镯、织物吊带、夹子、飞镖或胶水。这取决于研究物种的形态和所需的运动细节水平。例如，喂食行为中涉及到的精细动作需要一个颈部标签。有些标签可以部署在动物的体腔内，这些标签可以记录生理指标，如心率，消化过程中平滑肌的运动，尽管它们需要外科手术来提取标签。

研究人员正在不断发展智能标签，以便在较小的动物身上使用，重要的是，尽量减少标签附着的入侵性和动物福利影响，例如在白鲨身上使用非侵入性夹子。

遥感应用不仅仅局限于自由漫游的动物；遥感技术可以用来测量圈养动物的运动活动和时间预算，比如动物园里的大象，甚至宠物。在这些动物身上远程采集数据可以提供福利的实时评估，包括探索运动和疼痛之间的关系。

然而，对于给动物，特别是较小的物种贴上标签的负面影响，还有一些重要的考虑因素，因为这可能会增加能量消耗的负担，或者增加受伤或被捕食的风险。一项针对鸟类的研究着眼于这些后果，包括不返回繁殖地、筑巢成功和腿部受伤。

生物机器人科学的未来？

随着这项技术的进步，并在更多物种中被证明是一种研究工具，遥感器可以用来回答与动物及其环境有关的更复杂的问题。例如，生物录像机可以用来测量动物运动的能量学或生物力学，或者更复杂的动物行为，包括社会互动（阅读这里）

遥感可以从研究单个动物或局部群体扩展到更大的物种内和物种间相互作用的样本，这些样本可以测量对动物和生境保护工作十分重要的种群分布模式。例如，Kittle等人2016年比较了西部塞伦盖蒂的捕食者（非洲狮）、竞争对手（斑点鬣狗）和猎物（牛羚）的分布。

总之，遥感技术及其对生物数据收集的修改可能是21世纪初最强大的技术之一，为解决动物学、生态学和环境科学中的一些最重要的问题提供了机会。