Александр Забутый●●Использование дронов в опылении
Характер материала: Лекция/выступление/публикация |
| Дата создания: 16.10.2020. Копирайт: правообладатель разрешает копировать текст без изменений |
В последнее время много говорят о пчёлах. Это неудивительно, учитывая, что во всем мире их количество снижается с угрожающей скоростью, и их исчезновение оставит нас без почти 70% фруктов, овощей, семян и орехов. Это не только пчёлы. Ежегодное глобальное производство продуктов питания, которое ведется с помощью опылителей, составляет от 235 млрд. до 577 млрд. долларов США, причем все большее число этих видов, примерно 16%, близки к вымиранию.
Содержание |
Проблема опыления культурных растений
Из-за роли пчел в содействии восстановления лесов, производства продуктов питания и возможностей получения дохода, пасеки становятся все более популярным видом в зонах восстановления окружающей среды в качестве средства сохранения и восстановления лесов.
Благодаря сбору урожая и продаже меда сельские семьи могут зарабатывать на жизнь здоровыми цветущими лесами – стимулом для местного участия в восстановлении лесов. Более того, опыление пчел само по себе помогает восстановлению леса.
Интенсивное опыление также может повысить урожайность сельскохозяйственных культур в близлежащих фермах, предоставляя дополнительные преимущества для фермерских общин.
Кроме пчел растения опыляют шмели, птицы, особенно мелкие, например, колибри, насекомые, например стрекозы, бабочки, также это делают и летучие мыши.
Опыление является фундаментальным естественным процессом, который позволяет растениям размножаться. Пыльца, которая содержит генетический материал растения, должна перейти от мужской части цветка к женской части другого цветка того же вида для достижения оплодотворения. Чаще всего это требует опылителя – организма, который физически переносит пыльцу между цветами.
По данным доклада, опубликованного Шаблон:EjООН, примерно 75% мировых культур, включая основные продукты, такие как яблоки, шоколад, морковь и кофе, зависят, по крайней мере, частично, от опыления.
Но многие опылители находятся под угрозой, особенно насекомые, такие как пчелы и бабочки. Они принадлежат к группе беспозвоночных опылителей, в которых 40% видов сталкиваются с исчезновением, согласно тому же докладу.
Замена живых опылителей
В связи с катастрофическим сокращением на планете численности пчел – главных опылителей растений и лесов, перед биологами и инженерами разных стран реально встала проблема замещения биологических опылителей техническими. «Беспилотник» – это попытка решить эту проблему: «Глобальный кризис опыления является критической проблемой для окружающей среды и нашей жизни», – пишут авторы исследования.
Ключ находится в геле. Чтобы создать искусственный опылитель исследователи сначала выбрали самую маленькую модель дрона стоимостью всего в $100. Затем они прикрепили щетину конского волоса с его нижней стороны, чтобы подражать строению тельца пчелы.
Потом они покрыли щетину липким гелем, который используется, чтобы захватить пыльцу, когда аппаратик касается цветка. Эйджиро Мияко из Национального института передовых промышленных наук и технологий [[|ej:Япония|Японии]] и его коллеги использовали принцип перекрестного опыления у пчел, чтобы сделать беспилотник, который переносит пыльцу между цветами.
Ручной управляемый беспилотник имеет ширину 4 см и весит 15 грамм. Дно покрыто конским волосом, к которому крепится специальный липкий гель. Когда беспилотник залетает на цветок, пыльцевые зерна слегка прилипают к гелю, затем стираются на следующем посещенном цветке.
Японский исследователь Мияко говорит, что пришел к гелю как к решению инженерной задачи совершенно случайно, найдя давно забытый в ящике тюбик с гелем. Он объяснил, что особенность его геля заключается в том, что он не высыхает. Обычные гели, в основном, сделаны из воды, поэтому они быстро испаряются. А этот липкий гель не испаряется даже, если его положить в вакуум или в горячую печь. Это важно при работе дрона на солнце.
Кроме того, за два года хранения в ящике стола, гель не изменил своих физических свойств по объему и вязкости, что сделало его идеальным кандидатом для решения задачи.
Чтобы волосы эффективно собирали пыльцу, исследователи накрыли их ионным жидким гелем (ILG) – липким веществом с длительным «клеемлипкостью» – идеальным решением для взятия пыльцы с одного цветка и переноса его на другой. Более того, смесь ILG имеет другое качество: когда свет попадает в него, он смешивается с цветом его окружения, маскируя бота от потенциальных хищников.
Искусственный опылитель был нанесен на тычинки и пестики цветов L. japonicum, типа дикой лилии. Опыление было подтверждено с помощью флуоресцентной микроскопии. Опыление было достигнуто на очень большом цветке, и беспилотный летательный аппарат не был автономным: «Я полагаю, что некоторая форма искусственного интеллекта и GPS была бы очень полезна для развития таких автоматических машин в будущем», - сказал Мияко.
Еще предстоит проделать большую работу, прежде чем мы сможем подражать сложному поведению насекомых и животных: «Существует мало шансов, что это может заменить опылители», – говорит Кристина Грозингер, директор Центра исследований опылителей в Университете штата Пенсильвания.
«Проведенные опыты развили специализированное поведение летательного аппарата для работы с различными видами цветов. Предлагаемый искусственный аппарат-опылитель действительно может только «опылять» цветы, которые чрезвычайно легко опыляются», – добавила она. Крошечный беспилотный летательный аппарат может летать между цветами и растениями, собирать пыльцу на свою нижнюю сторону и распределять ее, как это делают пчелы.
Устройство имеет размер колибри и имеет четыре вращающихся лопасти, чтобы поддерживать его в воздухе. При достаточно длительной практике ученые смогли маневрировать удаленным управляемым ботом, чтобы только щетинки, а не громоздкие тела или лопасти аккуратно касались цветочной тычинки для сбора пыльцы.
«Мы надеемся, что это поможет решить проблему снижения численности пчел», – говорит Мияко. «Но что более важно, пчелы и беспилотные летательные аппараты должны использоваться вместе».
Будущее растениеводства?
Но пока не ищите полей, заполненных жужжащими ботами. Поскольку бот опылителя управляется дистанционно, ему нужен пилот. Пилот, который будет руководить им от растения к улью, что нецелесообразно для управления большими стаями.
Однако, возможно, что беспилотники смогут однажды научиться летать самостоятельно, используя GPS и искусственный интеллект, говорят ученые. Единственное, что они все равно не смогут сделать - сделать мед. Но с их рабочей нагрузкой опыления, возможно, мы могли бы оставить ее на пчел.
Пчелы прекрасны в опылении цветов, но обратите внимание, они работают так же, как и вибраторы. В СМИ прошла шумиха о потерях пчел, много предложений было размещены о том, как заменить естественные опылители, прийти beepocalypse. Роботизированные пчелы кажутся довольно простым предложением: летать роботом вокруг, чтобы собирать пыльцу с цветов, передавать пыльцу. Только одна проблема: некоторые растения не так легко сдаются.
Пыльца – сперма растения и пчелы, и растения развили сложное сексуальное суррогатное материнство в течение своих миллионов лет эволюции вместе. Некоторые растения заманивают опылителей в коктейль с нектаром, а затем сбрасывают пыльцу на них в качестве цены на бесплатные напитки. У некоторых есть цветочные части, которые доступны только для длинных хоботков. И некоторым растениям требуется стимуляция, чтобы они выпустили свою пыльцу.
Неопыленные цветы ждут, пока пчела прилетает и вибрирует только на правильной частоте, только в нужном месте. Так опыляются картофель, помидоры, баклажаны и перец, тыквы, цуккини, черника и брусника, – все эти пищевые растения являются примерами культур, требующих опыления жужжанием.
Когда пчела звучит, она сбрасывает сцепление на крыльях, чтобы уложить их в нейтральное положение, и разворачивает вверх мускулы крыла. Это создает вибрацию в помещении до 400 Гц, или 24,000 колебаний в минуту, имеющую отчетливый звук. Пчела упорно трудится, чтобы убедить цветок выделить пыльцу.
Цветы выпускают только около 20% общего объема содержащейся в них пыльцы в каждом всплеске. Это побуждает пчел совершать несколько посещений цветков того же типа. Это означает больше перекрестного опыления, меньше инбридинга и больше фруктов и семян для растения.
Еще один взгляд на опыление
Лучшим решением, конечно, было бы сохранить пчел, которые у нас есть. Но у нас уже есть другой способ опылять без пчел. Помидоры, выращенные в теплицах, отгораживаются от обычных опылителей, поэтому фермеры разработали способ решения проблемы отсутствия пчел. Нам не нужны модные минидроны! Нам нужны робо-вибраторы.
Вибраторы являются очень эффективными заменителями пчел для растений, которые нуждаются в опылении жужжанием. Это довольно тщательная работа.
В одном испытании потребовалось 11.75 часа на опыление 640 растений томатов с помощью вибратора, чуть более 1 минуты на растение. Тем не менее, увеличение урожая плодов, как правило, стоит времени и усилий.
Никто не станет возражать против того, что наиболее мощным природным вибратором-опылителем является шмель. Но не все фермеры разводят и содержат шмелей. С каждым годом все больше желающих приобрести так называемую «электрическую пчелу» для опыления своих теплиц. Это прибор VeggieBee, он регулируется по интенсивности; его диапазон составляет 29,000-44,000 колебаний в минуту, очень похож на шмелей. Для сравнения: Hitachi Magic Wand, один из самых мощных доступных устройств персонального массажа для человека, обеспечивает 6000 вибраций в минуту.
Надеюсь, теперь у вас больше уважения к тому, сколько вибраций при жужжании может произвести шмель.
Опыление является жизненно важным процессом для всех цветущих растений. Но, в отличие от животных, растения не могут двигаться в поисках партнера, они должны полагаться на помощь внешних сил, таких как ветер, вода или насекомые, которые передают пыльцу другому растению для создания новых семян.
Несмотря на то, что внешняя среда способна обеспечить опыление растений, этого недостаточно для интенсивного сельскохозяйственного производства. В связи с этим возникает необходимость поиска нового более эффективного инструмента для опыления с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Смоделированное опыление сельскохозяйственных растений с помощью нанокоптера может обеспечить сбор и доставку пыльцы в режиме автоматического управления.
Конструкция нанокоптера для опыления может быть выполнена на основе инновационной модификации существующей модели путем ее перепрограммирования в отношении его контроллера полета, который должен быть полностью адаптирован к компьютерному интерфейсу. Роботизированная система предлагается специально для искусственного опыления в условиях теплиц и мелких сельскохозяйственных предприятий.
Новые технологии нанокоптерного и вибрационного опыления приобретают все большую популярность в развитых странах. В Российской Федерации пока что искусственные технические способы опыления растений и лесов не нашли своего развития. Дело за будущим.
Литература
- weforest.org,
- edition.cnn.com,
- abc.net.au,
- Quality Management,
- Transport and Information Security,
- Information Technologies (IT&MQ&IS),
- IEEE Conference - Pollination and Honey Production in the Forest and Agroforest1 Dr. Deborah B. Hill
См. также
- Александр Забутый●●Роботы в Сельском хозяйстве Израиля
- Александр_Забутый●●Израильский_опыт_выращивания_рыбы
- Александр Забутый●●Птицеводство Израиля
- Александр Забутый●●Козоводство Израиля
- Александр Забутый●●Искусственное осеменение скота и птицы в Израиле
- Александр Забутый●●Где , как и чему обучают специалистов сельского хозяйства в Израиле
- Александр Забутый●●Познакомьтесь с одним из мировых лидеров производства молока
- Александр Забутый●●Сельское хозяйство Израиля
- Александр Забутый●●Биомедицина Израиля
