Приблизительно треть от основных мировых сельскохозяйственных культур все время требуют опыления, однако более сорока процентов видов насекомых, осуществляющих эту функцию, находятся под угрозой полного исчезновения. В связи с этим исследователи разработали различные подходы к решению данной проблемы. Одни научные группы сосредоточили свои усилия на методах защиты пчёл и других критически важных опылителей, в то время как другие начали рассматривать нестандартные решения. В результате некоторые инженеры пришли к выводу о потенциальной пользе армии роботизированных опылителей для поддержания урожайности. Эта концепция послужила основой для работы команды исследователей в Японии, которая разработала миниатюрный дрон для опыления цветов.
Изучив медоносных пчёл, старший научный сотрудник Национального института передовой промышленной науки и технологии Эйдзиро Мияко и его соратники обнаружили возможность сбора пыльцы с одного цветка и переноса её на другой с использованием дрона и жидкого ионного геля. За основу ученые взяли модифицированную версию доступного квадрокоптера PXY CAM.
В ходе исследования на мухах и муравьях ученые поняли, что нельзя просто нанести гель непосредственно на гладкую поверхность маленького летающего робота. Вместо этого им нужно было что-то вроде кисти, которая собирает пыльцу c цветка. Тогда японские ученые приклеили к поверхности дрона полоску из меха, а затем нанесли на нее ионный гель.
Предыдущие попытки создать искусственные опылители так и не реализовались в сколько-нибудь успешный проект, однако доктору Мияко это удалось. Во время эксперимента квадрокоптер долетел до цветка лилии, собрал на «щетке» пыльцу с пыльника и доставил к рыльцу другого цветка.
Сбор пыльцы
Результаты показали, что дрон действительно способен перенести пыльцу с одного цветка на другой почти с тем же успехом, как это делают пчелы и другие опылители. Ученым осталось проверить, получатся ли в результате такого опыления семена.
Опыление
На данный момент квадрокоптеры Мияко управляются человеком-оператором. В дальнейшем исследователям потребуется разработать систему «зрения», которая позволит дронам распознавать цветы самостоятельно. Сегодня программное обеспечение визуального распознавания достаточно развито, поэтому ученые уверены, что им не составит особого труда разработать что-то и для своего детища. Однако как уместить подобную систему, потребляющую десятки, а иногда сотни ватт энергии в таком маленьком беспилотнике, исследователи не сообщают.
Успех, которого достигла команда Мияко и других исследователей – это лишь первый шаг. Ученые могут создать инструмент, способный опылять растения, но им еще предстоит выяснить, как применить концепцию в массовом масштабе, необходимом, чтобы сделать его полезным для фермеров.
Сейчас многие фермеры в основном полагаются на домашних медоносных пчел. Они живут в плотных популяциях – по несколько десятков тысяч рабочих пчел в каждом улье. Очевидно, что замена такой «армии» на дроны потребует вложения весьма значительных сумм.
Сельскохозяйственные экономисты также разделяют это мнение. Вот как они аргументируют свою точку зрения: если, например, производитель миндаля платит арендную плату в размере 150 долларов за один улей на 30 тысяч рабочих пчел, то приблизительно ½ цента приходится на одну пчелу. Если пчелы работают в роще две недели, то эта сумма доходит до 0,035 цента в день. Таким образом дроны-опылители должны значительно упасть в цене, прежде чем они будут способны конкурировать с пчелами.
У некоторых специалистов также возникают вопросы относительно того, как квадрокоптеры будут приспосабливаться под строение каждого конкретного цветка, чтобы не повредить его. Несмотря на то, что дрон смог перенести пыльцу с одного цветка на другое, есть опасения, что само устройство может повредить цветы. Машина, натыкаясь на орган размножения, может фактически “сшибить” его или сломать рыльце.
Скептики утверждают, что лилия была выбрана учеными для того, чтобы облегчить дрону задачу, поскольку форма цветка никак не препятствует опылению. Чтобы расширить область применения технологического опыления до небольших и более сложных цветочных структур, дроны должны стать более гибкими в управлении. Команда исследователей из лаборатории Microbotics Гарвардского университета уже сделала RoboBee – крошечного дрона, который можно было бы использовать для опыления.
Энтомологи считают, что лучшее решение проблем опыления кроется не в технологиях, а в природе. По их мнению, выход из сложившегося положения – приручение диких пчел. «Пчелы-дикари» живут более уединенной жизнью, чем их прирученные собратья и строят гнезда в небольших норах в земле или отверстиях в старых деревьях. Ученые уже сейчас прилагают большие усилия, чтобы приручить их.
Но даже без приручения шмелей или диких пчел фермеры могут воспользоваться их способностью опыления. Все, что для этого потребуется – это выделить достаточно земли, благоприятной для обитания этих насекомых.
Существует и третий вариант на стыке природы и технологий – насекомые-киборги. За последние годы ученые уже научились управлять крупными насекомыми с помощью электрических имплантатов, но сейчас наука пошла еще дальше. В рамках проекта DragonflEye ученые могут управлять полетом стрекозы с помощью вживленных оптических волокон. Вся электроника, необходимая для автономной навигации, упакована в небольшой «рюкзак» на спине стрекозы, который работает от солнечной батареи.
Научная работа опубликована в журнале Chem 9 февраля 2017 года DOI: 10.1016/j.chempr.2017.01.008
Автор: Анастасия Краснянская @krasandm
Источник: https://habr.com/
