赵安琪作者杜佳豪编辑

全球蜜蜂大消亡之际,无人机+泡泡机组合能完成授粉使命吗?

世界上大约有 2 万种蜜蜂,它们是最重要的昆虫传粉媒介。蜜蜂有着独特的飞行模式和花卉偏好,而且许多蜜蜂与花朵共同进化,所以它们的身体大小和行为几乎与授粉的花朵完美互补。

事实上,全世界绝大多数种类的昆虫都在减少。据科学家推测,人类活动和气候变化等因素是授粉媒介数量稳步下降的原因之一。在许多地方,由于杀虫剂和除草剂的使用、栖息地的丧失和全球变暖,蜜蜂的数量急剧下降。一些物种,如锈斑大黄蜂,甚至已经被列为濒危物种。
尽管世界各地的人们都在研究各种人工授粉的方式,但是目前还没有找到可以取代蜜蜂的生产力和效率的方法。大多数人工授粉的例子都涉及携带花粉的人或机器与花之间的直接接触,一次只能与一朵花互动,导效率低下且成本高昂。

不过,近日日本先进科学技术研究所(JAIST)的研究人员提出了一种绝妙的授粉方法:在无人机上的安装泡泡机—通过吹出的沾有花粉的肥皂泡进行授粉。

这一方法能否缓解蜜蜂数量减少的危机呢?

蜜蜂数量骤减引担忧

根据联合国粮食及农业组织表示,在人类赖以生存的农作物中,有超过 70% 依赖昆虫授粉。然而,其他研究发现,近 40% 的传粉者,如蜜蜂和蝴蝶,正面临灭绝的危险。

如果世界上所有的蜜蜂都灭绝了,那么地球的整个生态系统将产生重大的连锁反应。许多植物,例如蜜蜂兰,一种由蜜蜂授粉的被子植物,在没有人类的干预下将会无法传粉,继而无法繁衍后代。
蜜蜂兰开的花,形状酷似雌性蜜蜂,开出的花屡屡使雄性野蜜蜂“受骗上当”

这将改变这些植物所在的栖息地的生物种类组成,影响当地食物网,并可能引发依赖它们的动植物数量的进一步下降。此外,如果没有蜜蜂,植物会结更少的种子,繁殖成功率也会更低。

在农业方面,蜜蜂的消失将改变现有的食物种类。许多水果和蔬菜是昆虫授粉的,如果没有蜜蜂,就不可能如此大规模地种植。

例如,在蓝莓和樱桃的授粉环节里,高达 90% 的花粉都依赖于蜜蜂传播。虽然对大多数水果和蔬菜作物来说,手工授粉都是可能的,但这会极大的增加人力成本,从而让这些食物变的更加昂贵。

小型无人机充当授粉媒介

考虑到全球蜜蜂数量的减少,人工授粉器可能会成为一种创新且可行的解决方案。不久前,日本的研究人员提出了一个新方法来解决这个扰人的问题:使用微型无人机作为媒介来给作物授粉。

作为研究的一部分,科学家们购买了一架现成的无人机。这架无人机配备了马毛刷和离子凝胶,以模仿昆虫的授粉。离子凝胶是一种粘性物质,研究人员将凝胶放在无人机的马毛刷带上,作为花粉的载体进行试验。

最初,这种凝胶是由研究小组的首席化学家宫古英二郎(Eijiro Miyako)开发,作为电子元件的材料使用。然而,它最终在无人机“蜜蜂”上发挥了用途。

研究人员的目标是用无人机作为蜜蜂的替代品,通过操纵蜂鸟大小的无人机,让沾有凝胶的马毛刷轻轻地收集花粉再授粉。实际实验也表明,无人机成功地为试验田里的野生日本百合授粉。

虽然乍一听让机械设备充当传粉者似乎不切实际,但这个想法并不牵强。现有技术已经可以支持工作人员通过一个远程界面控制多架无人机。

因此,这项研究的结果对机器人和农业都有潜在的影响。研究团队认为,通过人工智能和 GPS 数据的结合,这些人工授粉机器可以“学习”授粉路径。这可能会是迄今为止无人机在农业方面最关键的发展可能之一。

研究人员也展望了无人机帮助植作物授粉的未来:成群的无人机在田里工作,为作物授粉、施肥。

不过,虽然这是一种可行的方法,但效率并不高。这些实验都涉及携带花粉的无人机和花之间进行直接接触,容易摧毁接触到的鲜花。

对于演示的几朵花来说,让这些人工授粉机器做蜜蜂所做的事情是可行的:通过识别并定位单个花朵,然后一次与一朵花互动,以实现可靠的授粉。但是如果将范围扩大到覆盖一棵树,就变得非常耗时,更不用说整个果园了。

从泡泡机上得到的灵感

为了改进无人机授粉的的技术,日本先进科学技术研究所(JAIST)的研究人员想出了一种更好的授粉技术:在无人机上安装泡泡机,通过吹出的沾有花粉的肥皂泡进行授粉。

首席化学家宫古英二郎(Eijiro Miyako)讲述了他从泡泡机上得到的启发:他和他的儿子在公园吹泡泡时意识到,如果这些泡泡能够携带花粉粒,它们就会成为一种理想的载体,不仅容易制造和运输,而且它们在运送完花粉后就会消失。

宫古英二郎和其他研究人员在发表的论文中写到,“我们意外地发现,天然花粉颗粒很容易地融入肥皂膜中,并可以将泡泡机装在无人机上,实现空中飞行。”

测试显示,每个肥皂泡携带多达 2000 个花粉颗粒,粘附在泡沫膜的表面。实验还优化了泡沫液的 pH 值,并在泡沫液中混合了硼、钙、镁、钾等几种物质,使其尽可能有利于花粉的生长,并且保证溶液中的花粉能够成功萌发。
研究人员在一架无人机上配备了一台每分钟能产生 5000 个气泡的气泡机。在一次实验中,当无人机在 2 米高的花朵上以 2 米/秒的速度移动时,成功率为 90%。

将肥皂泡射入目标花朵后,作物在 16 天后形成的幼果的体积几乎与传统的用球形羽毛刷手授粉的体积相同,并且随着时间的推移,梨树果实体积稳步增加。结果显示,肥皂泡介导的授粉率和人工授粉率均在 95% 左右,两者之间没有显著差异,因此也表明了肥皂泡介导的授粉是有效的。

当然,在没有大规模试验之前,我们不敢断言这种授粉方式是可以替代蜜蜂授粉的。人们仍然要从成本、效率和机器功能等方面去衡量此方案的可行性。

在蜜蜂数量骤减的事实之下,人工授粉机器的推出可以作为一个慰藉,但我们需要做的更多是保护地球这个生态系统上的每一个部分。

资料来源:
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/drone-bubble-machine-pollinate-flowers-like-a-bee
https://www.unmannedsystemssource.com/pollinating-drones-could-miniature-uavs-save-the-world-from-falling-bee-numbers/
https://www.britannica.com/story/what-would-happen-if-all-the-bees-died

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