Japanische Ingenieure haben einen Quadrocopter-Bestäuber entwickelt

Etwa ein Drittel der weltweiten Nahrungspflanzen benötigt Hilfe bei der Bestäubung, aber mehr als 40% der Insektenarten, die diese Rolle spielen, sind vom Aussterben bedroht. Forscher haben in verschiedenen Bereichen nach einer Lösung für das Problem gesucht. Einige Wissenschaftler haben sich auf Möglichkeiten zum Schutz von Bienen und anderen wichtigen Bestäubern konzentriert, während andere begonnen haben, nach einem Schlüssel außerhalb der natürlichen Welt zu suchen.

So kamen einige Ingenieure zu dem Schluss, dass eine Armee von Bestäuberrobotern dazu beitragen wird, die Ernteerträge aufrechtzuerhalten. Diese Idee wurde von einem Forscherteam in Japan bei der Entwicklung einer kleinen Drohne geleitet, die Blumen bestäuben kann.

Nach dem Studium der Honigbienen erkannten Eijiro Miyako, Senior Fellow am Nationalen Institut für fortgeschrittene industrielle Wissenschaft und Technologie, und seine Kollegen, dass man mit Drohnen und flüssigem Ionengel Pollen von einer Blume sammeln und auf eine andere legen konnte. Als Grundlage nahmen die Wissenschaftler eine modifizierte Version des erschwinglichen Quadrocopters PXY CAM.



In einer Studie über Fliegen und Ameisen stellten Wissenschaftler fest, dass man das Gel nicht einfach direkt auf die glatte Oberfläche eines kleinen fliegenden Roboters auftragen kann. Stattdessen brauchten sie so etwas wie eine Bürste, die Pollen von einer Blume sammelt. Dann klebten japanische Wissenschaftler einen Fellstreifen auf die Oberfläche der Drohne und trugen dann ein Ionengel darauf auf.



Frühere Versuche, künstliche Bestäuber herzustellen, wurden in keinem erfolgreichen Projekt durchgeführt, Dr. Miyako war jedoch erfolgreich. Während des Experiments erreichte der Quadrocopter die Lilienblume, sammelte Pollen vom Staubbeutel auf der „Bürste“ und lieferte eine weitere Blume an das Stigma.


Pollensammlung

Die Ergebnisse zeigten, dass die Drohne tatsächlich in der Lage ist, Pollen von einer Blume zur anderen zu übertragen, fast genauso erfolgreich wie Bienen und andere Bestäuber. Wissenschaftler müssen prüfen, ob durch eine solche Bestäubung Samen gewonnen werden.


Bestäubung

Derzeit werden die Quadrocopter von Miyako von einem menschlichen Bediener gesteuert. In Zukunft müssen Forscher ein "Vision" -System entwickeln, mit dem Drohnen Blumen selbst erkennen können. Heutzutage ist die visuelle Erkennungssoftware ziemlich weit entwickelt, sodass Wissenschaftler sicher sind, dass es für sie nicht schwierig sein wird, etwas für ihre Idee zu entwickeln. Die Forscher berichteten jedoch nicht, wie ein solches System eingebaut werden sollte, und verbrauchten zehn und manchmal Hunderte von Watt Energie in einer so kleinen Drohne.

Der Erfolg des Teams von Miyako und anderen Forschern ist nur der erste Schritt. Wissenschaftler können ein Werkzeug entwickeln, mit dem Pflanzen bestäubt werden können, aber sie müssen noch herausfinden, wie das Konzept in großem Maßstab angewendet werden kann, um es für Landwirte nützlich zu machen.

Heute verlassen sich viele Landwirte hauptsächlich auf einheimische Honigbienen. Sie leben in dichten Populationen - mehrere Zehntausend arbeitende Bienen in jedem Bienenstock. Offensichtlich erfordert das Ersetzen einer solchen "Armee" durch Drohnen die Investition sehr bedeutender Beträge.

Auch Agrarökonomen teilen diese Ansicht. So argumentieren sie ihren Standpunkt: Wenn zum Beispiel ein Mandelbauer eine Miete von 150 USD pro Bienenstock für 30.000 arbeitende Bienen zahlt, dann ungefähr ½ Cent pro Biene. Wenn die Bienen zwei Wochen im Hain arbeiten, erreicht diese Menge 0,035 Cent pro Tag. Bestäubende Drohnen müssen daher erheblich im Preis fallen, bevor sie mit Bienen konkurrieren können.

Einige Experten haben auch Fragen dazu, wie sich Quadrocopter an die Struktur jeder einzelnen Blume anpassen, um sie nicht zu beschädigen. Trotz der Tatsache, dass die Drohne Pollen von einer Blume auf eine andere übertragen konnte, besteht die Befürchtung, dass das Gerät selbst die Blumen beschädigen könnte. Eine Maschine, die gegen ein Fortpflanzungsorgan läuft, kann es tatsächlich „niederschlagen“ oder das Stigma brechen.

Skeptiker behaupten, dass die Lilie von Wissenschaftlern ausgewählt wurde, um die Aufgabe der Drohne zu erleichtern, da die Form der Blume die Bestäubung nicht beeinträchtigt. Um den Umfang der technologischen Bestäubung auf kleinere und komplexere Blütenstrukturen auszudehnen, müssen Drohnen flexibler in der Kontrolle sein. Ein Forschungsteam im Mikrobotiklabor von Harvard hat bereits RoboBee hergestellt, eine winzige Drohne, die zur Bestäubung verwendet werden könnte.


Eine weitere Frage, die Wissenschaftler japanischen Forschern stellen, ist, wie eine neue „Charge“ Pollen geladen werden kann, nachdem die Drohne ihre Fracht an das Stigma geliefert hat. Kann ich das Gel wiederholt auf die Zotten auftragen? Die Antwort auf diese Fragen ist noch nicht verfügbar.

Entomologen glauben, dass die beste Lösung für Bestäubungsprobleme nicht in der Technologie, sondern in der Natur liegt. Der Ausweg aus dieser Situation ist ihrer Meinung nach die Zähmung von Wildbienen. Die Wilden Bienen leben ein abgeschiedeneres Leben als ihre gezähmten Brüder und bauen Nester in kleinen Höhlen im Boden oder in Löchern in alten Bäumen. Wissenschaftler unternehmen bereits große Anstrengungen, um sie zu zähmen.

Aber auch ohne Hummeln oder Wildbienen zu zähmen, können Landwirte ihre Bestäubungsfähigkeit nutzen. Alles, was erforderlich ist, ist, genügend Land zuzuweisen, das für den Lebensraum dieser Insekten günstig ist.

Es gibt eine dritte Option an der Schnittstelle von Natur und Technologie - Cyborg-Insekten. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler bereits gelernt, große Insekten mit elektrischen Implantaten zu bekämpfen, aber jetzt ist die Wissenschaft noch weiter gegangen. Im Rahmen des DragonflEye-Projekts können Wissenschaftler den Flug von Libellen mithilfe implantierter optischer Fasern steuern . Die gesamte für die autonome Navigation erforderliche Elektronik befindet sich in einem kleinen „Rucksack“ auf der Rückseite der Libelle, der von einem Solarpanel angetrieben wird.

Die wissenschaftliche Arbeit wurde am 9. Februar 2017 in der Zeitschrift Chem veröffentlicht.
DOI: 10.1016 / j.chempr.2017.01.008