De honingbijpopulatie in de wereld is in een steile daling die de wetenschap tot nu toe niet heeft kunnen keren. Sommige wetenschappers werken aan oplossingen voor de boosdoeners - ziekten, plagen, beschikbaarheid van bijenvoeder en pesticiden - terwijl anderen op zoek zijn naar alternatieven voor bestuiving door honingbijen.
Drie teams van wetenschappers kijken naar robotica als middel om de afhankelijkheid van bestuiving door honingbijen te verminderen. Twee van hen hebben kleine, vliegende robots ontworpen, terwijl een derde een robot op wielen ontwerpt.
Alle drie de apparaten zijn prototypes. De luchtprojecten hebben al een vlucht genomen, terwijl het grondmodel zich nog in de vroegste ontwerpfase bevindt. Onderzoekers van de Universiteit van Harvard begonnen hun werk 10 jaar geleden, terwijl wetenschappers van Japan's Nationaal instituut voor geavanceerde industriële wetenschap en technologie heeft onlangs een draadloze luchtbestuiver onthuld die stuifmeel verzamelt en afzet.
Met een meer gefundeerde aanpak ontwerpt het multidisciplinaire team van de West Virginia University (WVU) een autonome robot op wielen die in staat is om individuele bloesems te lokaliseren, identificeren en bestuiven.
Japanse flyer
Aangekondigd in Chem, een peer-reviewed tijdschrift, bestaat het Japanse apparaat uit een kleine, draadloze drone met een riem van paardenhaar aan de onderkant. Het is het enige robotapparaat dat daadwerkelijk een plant heeft bestoven, in dit geval een Japanse lelie in een laboratoriumtest.
Eijiro Miyako, de leidende contactpersoon van het project, bedekte de riem van de robot met een ionische vloeibare gel. ILG's blijven lang plakkerig in zowel normale als ruwe omgevingen, zei hij. Ze zijn ook duurzaam en waterafstotend.
De verbinding vergroot het bruikbare oppervlak van de riem, waardoor het tijdens de vlucht levensvatbare hoeveelheden stuifmeel kan verzamelen en vasthouden. De nattigheid en elektrostatische eigenschappen van de gel verminderen de kans op pollenbeschadiging wanneer de riem in contact komt met meeldraden en stampers.
Miyako beschreef de taak om de drone te besturen om bloemen te bestuiven als "zeer moeilijk. Ik geloof dat een vorm van kunstmatige intelligentie (AI), GPS en camera's met hoge resolutie erg nuttig zou zijn voor de ontwikkeling van toekomstige machines", zei hij in een e-mailinterview.
AI kan ook het bestuivingsgedrag van drones verbeteren.
"Een zwerm AI-robotbijen zou de kortste weg naar bloesems en de meest efficiënte manier van bestuiving kunnen bepalen," zei hij.
RoboBee van Harvard
Bestuiving is slechts één toepassing Robert Wood, hoofdonderzoeker van Harvard University voorziet in een micro-elektronische robot. Hij en zijn team denken dat het nuttig kan zijn bij zoek- en reddingsoperaties.
Bouwen aan de RoboBee was niet mogelijk totdat ze een nieuw fabricagemiddel uitvonden. Pop-Up MEMS, pop-upboeken en origami vormden de inspiratie. Het proces maakt gebruik van een uitgebreid proces van lagen en vouwen binnen een frame dat robots in één beweging assembleert.
De RoboBee is ongeveer zo groot als een Amerikaans kwartaal, is 2.4 millimeter lang en weegt iets minder dan 3.2 gram. Hij vliegt en zwemt en kan ondersteboven neerstrijken op vlakke oppervlakken, gebruikmakend van statische elektriciteit. Vervolgens willen de Harvard-onderzoekers een "korf" bouwen voor de bijen om hun kracht op te laden.
Wood stelt zich voor dat RoboBees in zwermen worden ingezet, vergelijkbaar met een andere van hun uitvindingen, Kilobots. Onderzoekers van Harvard gebruiken deze kleine, autonome robots om collectieve AI en zwermgedrag te onderzoeken.
robotrover
Het WVU-prototype ontleent zijn robottransport aan een autonoom model dat studenten bouwden en gebruikten om de 2016 Sample Return Robot Centennial Challenge van NASA te winnen. Studenten ontwierpen de autonome robot om door een veld te bewegen en objecten op te halen met alleen technologie die in een Mars- of maanomgeving kan werken.
De functie van deze robot is wat de hoofdonderzoeker precisiebestuiving noemt.
“We zijn niet geïnteresseerd in alleen maar lucht blazen of planten schudden om ze bestoven te krijgen. We zijn geïnteresseerd in het omgaan met individuele bloemen,” zei Yu Gu, WVU-assistent-professor lucht- en ruimtevaart en werktuigbouwkunde.
Gu en zijn team zullen een reeks lidar en camera's monteren om een robotarm in staat te stellen individuele bloemen te lokaliseren, hun levensvatbaarheid te bepalen en stuifmeel toe te passen op gezonde bloesems. Net als bij radar gebruikt lidar lasergegenereerde lichtpulsen - in plaats van geluidsgolven - om objecten te detecteren.
WVU gaat haar bestuiver testen op kasframbozen en bramen. De mogelijkheid om de robot binnen een jaar over meerdere bessengeneraties te testen, dicteerde dat ze een binnenlocatie gebruikten. Dit is nog maar de eerste onderzoeksronde; verdere ontwikkeling zal plaatsvinden in volgende studies.
"We willen eerst laten zien dat het haalbaar is", zei Gu.
Ondertussen …
Entomologen bij de Danforth Lab aan de Cornell University geloven dat inheemse bijen sommige, en in enkele gevallen, alle bestuivingsvereisten van een boomgaard kunnen dragen. De onderzoeks- en outreach-directeur van het laboratorium, Maria van Dyke, zei dat er verschillende boomgaarden in de staat New York zijn die niet langer bijenkorven huren, maar in plaats daarvan inheemse bijenbestuiving gebruiken.
Dit kan nu heel belangrijk zijn, aangezien elk van de robotmodellen minstens 10 jaar verwijderd is van de commerciële release. De robot van Harvard is nog steeds verbonden met zijn stroombron en het geleidingssysteem van de Japanse robot zou kunnen profiteren van de toevoeging van GPS en kunstmatige intelligentie.
Gu's WVU-team heeft de planningsfase nog niet voltooid. Zodra een prototype is gebouwd, zullen ze kastests uitvoeren en robotbestoven fruit op kwaliteit testen tegen natuurlijk bestoven fruit.
— David Weinstock, FGN-correspondent