Mekaniske bestøvere går bier i bedene

Verdens bedste blomsterbestøvere er ved at forsvinde. Det kan bringe Jordens fødevareproduktion i knæ, men heldigvis knokler forskere på at udvikle en mekanisk erstatning for bierne. Med mikrodroner på få milligram, avancerede lasermålinger og en klistret gelé har de nu alle ingredienserne til at samle verdens første robotbi.

Shutterstock

Blomstens kronblade vibrerer tilsyneladende af sig selv i den ellers vindstille forårsluft. Men ved nærmere eftersyn stammer bevægelsen fra en lille, behåret skikkelse, der netop er landet og nu møver rundt dybt nede mellem bladene.

Selvom den har samme størrelse og behåring som en lille honningbi, består den af metal, og alle dens bevægelser er styret af software.

Skikkelsen tilhører fremtidens hær af mekaniske mikrodroner, der skal sættes ud i sværme på flere tusind for at hjælpe med bestøvningen af livsnødvendige afgrøder. De naturlige bestøvere er nemlig presset til det yderste.

FN anslog i 2016, at 40 procent af de insektarter, der sikrer, at blomster bliver til frugter, bær, nødder og kerner, er ved at uddø. Uden effektiv bestøvning er Jorden truet af en økologisk katastrofe, da store dele af fødekæden afhænger af bestøvernes vigtige arbejde.

Elk van de zes pootjes van de bij eindigt in een klauw, zodat hij makkelijk kan landen en zich aan het oppervlak van de bloemen kan hechten.

© Felicia Hallenbeck/Unsplash

Men heldigvis er forskere i fuld gang med at kopiere evnerne fra en af naturens allerbedste bestøvere – bien – over i en lille, flyvende drone, som skal hjælpe landmænd med arbejdet i marken og drivhuse.

Mikrodrone kan hænge på et blad

På Harvard University i USA har forskere udviklet mikrodronen RoboBee, der kan klistre sig fast på undersiden af et blad ved at sende strøm gennem det.

Dronen søger hvile

En RoboBee-drone søger mod et blad. I fremtiden flyver dronen på batterier og kan bruge pausen til at lade op.

Elektricitet holder dronen fast

RoboBee tænder sin elektrostatiske enhed. Spændingen mellem elektroderne skaber et modsatrettet elektrisk felt i bladets over-
flade, som tiltrækker elektrodepanelet.

Dronen flyver videre

RoboBee frigør sig selv ved at slukke for den elektrostatiske enhed og samtidig genstarte sine vinger.

Bier bidrager til blomsters parring

Bestøvningen af blomster og afgrøder er afgørende for verdens økosystemer og har været det, lige siden de første blomsterplanter foldede kronbladene ud for omkring 150 millioner år siden.

Her menes insekter at være begyndt at leve af pollen. Ud fra fossile fund fra samme tid kan forskerne se, at flyvende insekter oplevede en enorm fremgang, fordi de begyndte et fordelagtigt partnerskab med de nye, blomstrende planter.

Drone flyver som en bi

Mikrodronen RoboBee vejer blot 0,085 gram. Vingerne er forbundet til små strimler af såkaldt piezoelektrisk keramik, der trækker sig sammen og udvider sig, når et elektrisk felt passerer igennem dem. På den måde kan dronen tage 120 vingeslag i sekundet – lidt mindre end biens vingeslagsfrekvens. RoboBee får stadig strøm fra en ledning, men kommende udgaver skal være batteridrevne.

I dag består partnerskabet i, at bien bevæger sig fra blomst til blomst for at samle nektar og pollen. Udbyttet bringes hjem til kolonien og bruges som foder til lar­ver, arbejderbier, droner og dronningen.

Biernes mange blomsterbesøg sørger samtidig for, at planterne får klaret deres formering. Pelsen på bien opsamler pollen – de mandlige kønsceller, der sidder i blomstens støvdrager – ved besøget.

De overføres til støvfanget på en anden blomst, når bien dykker ned mellem kronbladene på den næs­te plante. Hermed er befrugtningen fuld­ført, og frugtlegemet begynder at udvikle sig til fx et æble eller et brombær.

Blomsterplanter udgør i dag omkring 80 procent af alle landplanter på kloden. Botanikere har opdaget godt 300.000 arter, og der findes formentlig yderligere 100.000 endnu ukendte arter – hovedsageligt i troperne.

Forskere ved Harvard University har bygget en version af RoboBee, der kan redde sig selv, hvis den falder i vandet. Med elektrolyse omdanner den vandet til ilt og brint og antænder brinten, så den bliver skudt væk fra vandoverfladen.

Selvom bestøvernes forsvinden ikke betyder, at alle blomsterplanter uddør og tager mennesket med sig i graven, er truslen alvorlig. Af alle blomsterarter på kloden er 90 procent helt eller delvist afhængige af dyr – oftest insekter – i deres bestøvning. I FN-rapporten anslår eksperterne, at den samlede værdi af de afgrøder, som bestøverne medvirker til at producere, årligt udgør mellem 1,5 og 3,8 billioner kroner.

En analyse fra bi-laboratoriet ved University College Davis i Californien viser desuden, at i alt 91 af klodens 107 vigtigste afgrøder i et eller andet omfang afhænger af bier til bestøvning. Mange af dem producerer nogle af de vitaminer, næringsstoffer og olier, der er vigtige for vores sundhed.

Den formindskede bibestand har ikke kun konsekvenser for mennesker, men også for de fugle, flagermus og padder, som i vid udstrækning lever af at spise bierne. Desuden findes der utallige dyr, som også lever af den frugt, bierne bestøver. Forsvinder bierne, sender det voldsomme rystelser ud i store dele af fødekæden.

Bier har to typer øjne:
Facetøjnene fanger lys fra mange retninger, mens punktøjne opfanger lysstyrken i omgivelserne.

© Shutterstock

Bibestanden er truet fra flere sider

Forskerne ved stadig ikke, præcis hvorfor bierne forsvinder, men svaret ligger formentlig i en kombination af flere utilsigtede konsekvenser af menneskelig aktivitet.

Eksperter peger blandt andet på, at moderne landbrug i dag drives på en måde, der efterlader bierne næsten uden mad i lange perioder. Om foråret er der masser af pollen og nektar på de store arealer, som er udlagt til afgrøder, men når først det arbejde er bragt til ende ved høstens afslutning, er der pludselig langt mellem blomsterne.

Flere forskellige former for sprøjtegifte udfordrer også biernes livsvilkår. Ukrudtsmidler fjerner mange af de naturlige blomster, bierne lever af, når markerne er afblomstret. Andre sprøjtegifte såsom insektmidler dræber bierne direkte ved at overstimulere nervesystemet eller indirekte ved at ødelægge deres evne til at finde vej i landskabet, så de farer vild på vej tilbage til kolonien og dør.

Robot afløser bierne som drivhusgartner

1 / 5

undefined

12345

Robotten BrambleBee kan ved hjælp af laser og GPS kortlægge alle blomsterne i et drivhus. Robottens kamera udpeger de modne blomster, og en hyperpræcis robotarm bestøver planten.

© Nicholas Ohi et al./IEEE

Samtidig er en af biernes naturlige fjender – varroamiden – i stor fremgang, og det kan ifølge nogle biologer også forklare den udbredte bidød. Miden fandtes indtil 1980’erne kun i Asien, men spredte sig derefter til både Europa og USA.

Varroamiden udsuger bierne for blod, hvilket svækker dem, og bærer desuden på adskillige virussygdomme, som bliver spredt, når bien kommer hjem i stadet. Ofte risikerer hele kolonien derfor at uddø ved et mideangreb, hvis ikke en biavler griber ind.

Laserpulser kortlægger blomsterne i drivhuset

BrambleBee kører rundt mellem bedene i et industrielt drivhus og udsender pulser af laserlys med en såkaldt lidar, der måler afstanden til genstande omkring robotten og danner et kort over drivhuset. Samtidig affotograferer et kamera planterne. Robottens billedgenkendelsessoftware identificerer blomsterarter med 78 procents sikkerhed. Den blå linje på billedet er robottens rute, der går rundt om ét af bedene.

I Kina er manglen på naturlige bestøvere allerede en realitet. I store områder må æble- og pæretræer bestøves af arbejdere med pensler, fordi alle nytteinsekterne stort set blev udryddet ved overdreven brug af sprøjtegifte i 1980’erne.

Desværre er de menneskelige afløsere håbløst ineffektive i forhold til naturen – og så koster håndbestøvning den lokale frugtgartner ti gange mere end udgifterne til at leje bistader.

Landmænd har også forgæves forsøgt at løse manglen på bier ved at sprede pollen over en frugtplantage i blomst fra et sprøjtefly. Men forsøg udført på æbleplantager viser, at selv efter en sand tæppebombning med plantesæd bar træerne 70 procent færre frugter end ved insektbestøvning, og de æbler, der blev til noget, var 40 procent mindre end normalt.

Robotbestøver udfordrer forskere

Tiden er tilsyneladende ved at løbe ud for bierne som verdens primære bestøver, men indtil videre findes der ingen erstatning, der er i nærheden af at være en lige så effektiv bestøver. Derfor arbejder forskere og ingeniører på universiteter verden over på højtryk med at skabe en effektiv erstatning.

Det kræver, at forskerne overkommer tre udfordringer. Først skal de kopiere biens vigtigste evner i forhold til bestøvning, så de kan udføres af en drone eller en robot. Dernæst skal de krympe systemerne, så de kommer ned i bistørrelse. Til sidst skal det hele samles i én højteknologisk pakke, som med en minimal grad af indgriben fra mennesker effektivt kan udføre bestøvningen.

Og forskerne er allerede godt på vej. En af biens allervigtigste evner er evnen til at finde de rette blomster. Det kræver en avanceret form for billedgenkendelse hos den robot, der skal kunne spotte det korrekte arrangement af kronblade i de rigtige farver både i fuldt dagslys, i overskyet vejr, i tusmørke og fra alle tænkelige vinkler. Det er ingen nem opgave. Et af de bedste bud er robotten BrambleBee, der er udviklet ved West Virginia University.

Med et kamera på armen opbygger robotten et detaljeret billede af de enkelte blomster i et drivhus. På baggrund af dens viden om udseendet af blomster i forskellige grader af modenhed og ved at huske på sit tidligere arbejde i drivhuset identificerer BrambleBee blomster med behov for bestøvning, præcis som de rigtige bier gør.

Biernes behåring har en svagt positiv elektrisk ladning. Pelsen tiltrækker derfor de svagt negative pollenkorn fra blomsterne.

© Shutterstock

Men BrambleBee er i dag en stor, langsomt rullende robot på størrelse med et køleskab og dermed ikke en praktisk bestøver i det fri. Til det formål skal den kunstige bestøver være langt mere bevægelig og i stand til nemt at opsamle og aflejre pollen fra blomst til blomst.

Derfor eksperimenterede japanske forskere i 2017 med en almindelig hobbydrone, der var blevet beklædt med noget, der kunne mindre om biernes pels. Det lykkedes at få dronen til at befrugte en lilje med pollen fra en anden blomst.

Droner kopierer biernes frisurer

Hobbydrone blev omdannet til bi. I forsøget brugte forskerne en hobbydrone, der målte ca. 5 cm i diameter og vejede 15 gram. Hestehår fanger pollen. Undersiden af dronen var dækket med lodretstående hestehår for at øge den overflade, der opsamler pollen.

På Harvard University har forskere udviklet den mindste flyvende drone i verden, som de meget passende har døbt RoboBee. Dronen vejer mindre end 90 milligram og kan både flyve baglæns og stå stille i luften, hvilket gør den lige så adræt som de sort- og gulstribede insekter.

Men dronens bevægelsesfrihed er stærkt begrænset, da den stadig er afhængig af strøm via en ledning for at kunne flyve. Selv de mest avancerede batterier, der findes i dag, kan ikke laves så lette og små, at de kan drive droner i bistørrelse.

Klistret iongelé blev opfundet ved et uheld

  • HÅR UDEN GELÉ

    Iongelé er en tyktflydende udgave af en såkaldt ionvæske. I ionvæsker er partiklerne overvejende elektrisk ladede i modsætning til i almindelige væsker, hvor de hovedsageligt er elektrisk neutrale. I 2007 arbejdede den japanske forsker Eijiro Miyako med ionvæsker, men fik ved et uheld skabt den tyktflydende geléform.

  • HÅR MED GELÉ

    Miyako efterlod geléen syv år i en åben flaske bagerst i et skab, og da han fandt den igen, havde den fortsat alle sine egenskaber. Iongelé er klistret og fordamper ikke. Det gør den perfekt til at opfange og afsætte pollen.

Forskernes næste opgave bliver at samle alle evnerne i én flyvende robot med den rette størrelse, men denne opgave har de endnu ikke for alvor taget hul på.

Den grad af selvstændighed, der vil være nødvendig i fremtidens kunstige bier, kræver nemlig et enormt spring fremad inden for kunstig intelligens og computerteknologi, vurderer James Marshall.

Han er ekspert i neurale netværk ved universitetet i Sheffield og har forsket i, hvordan bier kan udvise så avanceret en adfærd med deres relativt små hjerner. Marshall anslår, at med den nuværende udvikling i teknologien ser vi ikke den perfekte biafløser før omkring 2035.

Robotbi hjælper til i bistadet

  • Dans giver viden om mad

    Robotter og droner skal ikke kun hjælpe os med at gøre biernes job – de skal også hjælpe bierne selv. Tyske forskere fra Freie Universität i Berlin har udviklet en robotbi, der kan danse på samme måde som rigtige bier. Med dansen fortæller bierne hinanden hjemme i stadet, hvor der er særlig interessante ressourcer af nektar og pollen.

  • Fanger opmærksomhed med sukker og varme

    Forsøg i et bistade har vist, at robotbien kunne fange de andre biers opmærksomhed ved at efterligne bevægelserne, vibrere med sine kunstige vinger, afgive små dråber af sukkervand og udstråle varme.

Mikrodroner hjælper landbruget

Den avancerede bestøvningsopgave er dog ikke den eneste, forskere kan give til de små, flyvende insektrobotter.

En sværm af selvstyrende robotbier ville for eksempel være ideel at sende ud over store landbrugsarealer og give landmændene detaljerede data, der gør det lettere at forudsige høsten eller dosere vandingsmængden.

Det vil gøre landbruget langt mere effektivt, hvilket er afgørende, hvis alle munde skal mættes i fremtiden, hvor verdens befolkning i 2050 ventes at være oppe på næsten ti milliarder.

Skulle det værst tænkelig ske – at alle bier forsvandt – vil det betyde et farvel til mange populære fødevarer som blommer, mandler og chokolade, men mange af de allervigtigste afgrøder vil fortsat bestå.

Planter som fx majs, hvede og sukkerrør er nemlig vindbestøvede, så deres pollen bæres fra blomst til blomst af vinden, og behøver ikke hjælp fra en levende bestøver som en bi.

Men det gør ikke situationen mindre alvorlig, og alle forskere, der i dag arbejder med at udvikle robotbierne, er enige om, at den allerbedste løsning fortsat er at arbejde for at sikre overlevelsen af naturens oprindelige bestøvere.

Læs også:

Robotter

Robot skal redde menneskeliv

2 minutter
Robotter

Robotter på job: I militæret

0 minutter
Robotoperation
Robotter

Robotter overgår nu kirurgerne

1 minut
Mest populære

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!