Mekaniske bestøvere kopierer biene

Verdens beste blomsterbestøvere holder på å forsvinne. Det skaper problemer for matproduksjon på jorda, men heldigvis jobber forskere med å utvikle en mekanisk erstatning. Med mikrodroner på noen få milligram, avanserte lasermålinger og en klissete gelé har de nå ingrediensene til å lage en robotbie.

Shutterstock

Blomstens kronblader ser ut til å vibrere av seg selv i den ellers vindstille vårluften. Men ved nærmere ettersyn stammer bevegelsen fra en liten, hårete skikkelse som nettopp har landet og nå tråkker rundt dypt nede mellom bladene.

Selv om den har samme størrelse og behåring som en liten honningbie, består den av plast og metall, og alle bevegelsene er styrt av programvare.

Skikkelsen tilhører framtidens hær av mekaniske mikrodroner som skal settes ut i svermer på flere tusen for å hjelpe med bestøvningen av livsnødvendige matplanter. De naturlige bestøverne er nemlig hardt presset.

FN anslo i 2016 at 40 prosent av de insektartene som sørger for at blomster blir til frukt, bær, nøtter og frø, holder på å dø ut. Uten effektiv bestøvning er jorda truet av en økologisk katastrofe, siden store deler av næringskjeden er avhengig av bestøvernes arbeid.

Hvert av biens seks bein ender i en klo, slik at den kan lande og hekte seg fast i overflaten på ulike blomster.

© Felicia Hallenbeck/Unsplash

Men heldigvis er forskere i full gang med å kopiere evnene fra en av naturens aller beste støvere – bien – over i en liten, flygende drone, som skal hjelpe bønder med arbeidet på jordet og i drivhuset.

Mikrodrone kan henge på et blad

Ved Harvard University i USA har forskere utviklet mikrodronen RoboBee, som kan klistre seg fast på undersiden av et blad ved å sende strøm gjennom det.

Dronen søker hvile

En RoboBee-drone søker mot et blad. I framtiden flyr den på batterier og kan bruke pausen til å lade dem.

Elektrisitet holder fast dronen

RoboBee skrur på sin elektrostatiske enhet. Spenningen mellom elektrodene skaper et motsattrettet elektrisk felt i bladets overflate, som tiltrekker elektrodepanelet.

Dronen flyr videre

RoboBee frigjør seg ved å skru av den elektro­statiske enheten og samtidig starte opp vingene sine.

Bier bidrar til blomsterparing

Bestøvningen av blomster og matplanter er avgjørende for verdens økosystemer og har vært det helt siden de første blomsterplantene foldet ut kronbladene for omkring 150 millioner år siden.

Det avr da noen insekter begynte å leve av pollen. Ut fra fossile funn fra samme periode kan forskerne se at flyvende insekter opplevde en enorm fremgang fordi de begynte et gunstig partnerskap med de nye, blomstrende plantene.

Drone flyver som en bi

Bestøvningen av planter er avgjørende for økosystemene i hele verden og har vært det helt siden de første blomsterplantene foldet ut kronbladene sine for omkring 150 millioner år siden. Det var da noen insekter begynte å leve av nektar. Ut fra fossile funn fra samme tid kan forskerne se at flygende insekter opplevde en enorm framgang, fordi de begynte et fordelaktig partnerskap med de nye blomsterplantene.

I dag består partnerskapet i at bien beveger seg fra blomst til blomst for å samle nektar. Utbyttet fraktes hjem til kolonien og brukes som mat til larver, arbeiderbier, droner og dronningen.

Det at biene besøker så mange blomster, gjør at plantene får hjelp med å formere seg. Pelsen på biene plukker opp pollen – de mannlige kjønnscellene som sitter i blomstens støvdragere – under besøket.

De overføres til arret på en annen blomst når bien kravler ned mellom kronbladene på den neste planten. Med dette er befruktningen fullført, og fruktlegemet begynner å utvikle seg til for eksempel et eple eller et bjørnebær.

Blomsterplanter utgjør i dag omkring 80 prosent av alle landplanter på kloden. Botanikere har oppdaget vel 300 000 arter, og det finnes antagelig ytterligere 100 000 fortsatt ukjente arter – hovedsakelig i tropene.

Forskere ved Harvard University har bygget en versjon av RoboBee som kan redde seg selv hvis den faller i vannet. Med elektrolyse danner den hydrogen fra vannet og antenner det, slik at den blir skutt vekk fra vannoverflaten.

Selv om alle bestøvende insekter skulle forsvinne, vil ikke alle blomsterplanter dø ut, men trusselen er likevel alvorlig. Av alle blomsterarter på kloden er 90 prosent helt eller delvis avhengige av dyr – som regel insekter – for å kunne pollineres. I FN-rapporten anslår ekspertene at den samlede verdien på de plantene som bestøverne bidrar til å produsere, årlig utgjør mellom 2 og 5,1 billioner kroner.

En analyse fra bielaboratoriet ved University College Davis i California viser dessuten at i alt 91 av våre 107 viktigste matplanter er delvis avhengige av bier når det gjelder bestøvning. Disse plantene produserer de vitaminene, næringsstoffene og oljene som vi mennesker er avhengige av for å holde oss friske.

Biedøden har ikke bare konsekvenser for mennesker, men også for fugler, flaggermus og amfibier som blant annet lever av å spise biene. Dessuten finnes det utallige dyr som også lever av den frukten biene bestøver. Hvis biene forsvinner, vil det skape kaos i store deler av næringskjeden.

Bier har to typer øyne: Fasettøynene fanger lys fra mange retninger, mens punktøyne fanger lysstyrken i omgivelsene.

© Shutterstock

Biebestanden er truet fra flere hold

Forskerne vet fortsatt ikke akkurat hvorfor biene forsvinner, men svaret ligger antagelig i en kombinasjon av flere utilsiktede konsekvenser av menneskelig aktivitet.

Eksperter peker blant annet på at moderne landbruk i dag drives på en måte som gjør at biene er nesten helt uten mat i lange perioder. Om våren er det massevis av pollen og nektar på de store arealene der det dyrkes mat, men etter at alle disse plantene har blitt høstet inn, er det plutselig langt mellom blomstene.

Flere ulike former for sprøytegifter er også en stor utfordring for biene. Ugressmidler fjerner mange av de naturlige blomstene biene lever av når det ikke er blomster på jordene. Andre sprøytegifter, blant annet insektgift, dreper biene direkte ved å overstimulere nervesystemet eller indirekte ved å forstyrre bienes evne til å finne veien i landskapet, slik at de går seg vill på vei tilbake til kolonien og dør.

Robot avløser biene som drivhusgartner

1 / 5

undefined

12345

Robotten BrambleBee kan ved hjelp av laser og GPS kartlegge alle blomstene i et drivhus. Robotens kamera peker ut de modne blomstene, og en hyperpresis robotarm bestøver planten.

© Nicholas Ohi et al./IEEE

Samtidig er en av bienes naturlige fiender – varroamidden – i stor framgang, og det kan ifølge noen biologer også forklare den utbredte biedøden. Midden fantes fram til 1980-tallet bare i Asia, men spredte seg deretter til både Europa og USA.

Varroamidd suger blod fra biene, noe som svekker dem, og bærer dessuten på mange virussykdommer som blir spredt når bien kommer hjem til kolonien. Det er fare for at hele kolonien dør ved et middangrep, med mindre birøkteren griper inn tidlig.
I Kina er mangelen

Laserpulser kartlegger blomstene i drivhuset

BrambleBee summer rundt i et industrielt drivhus og sender ut pulser av laserlys med en såkalt lidar, som måler avstanden til gjenstander i omgivelsene og danner et kart over drivhuset. Samtidig fotograferes plantene. Programvare for billedkjenkjenning identifiserer blomsterarter med en presisjon på 78 prosent. Den blå linjen på bildet er robotens rute, som går rundt ett av bedene.

I Kina er mangelen på naturlige bestøvere allerede en realitet. I store områder må eple- og pæretrær bestøves av arbeidere med pensler, fordi alle nytteinsektene stort sett ble utryddet ved overdreven bruk av sprøytegift på 1980-tallet.

Dessverre er de menneskelige avløserne håpløst ineffektive sammenlignet med naturen – og håndbestøvning er ti ganger dyrere for fruktdyrkeren enn å leie bikuber.

Bønder har også forgjeves forsøkt å løse mangelen på bier ved å spre pollen over en fruktplantasje fra et sprøytefly. Men forsøk utført på epleplantasjer viser at selv etter en skikkelig teppebombing med plantesæd hadde trærne 70 prosent færre frukter enn ved insektbestøvning, og de eplene som vokste fram, var 40 prosent mindre enn normalt.

Robotstøver utfordrer forskere

Det ser ut til at tiden løper ut for biene som verdens primære bestøvere, men inntil videre finnes det ingen erstatning som er i nærheten av å være like effektiv. Derfor arbeider forskere og ingeniører på universiteter verden over på høytrykk med å utvikle og teste en effektiv erstatning.

Det krever at forskerne løser tre utfordringer. Først må de sørge for at roboten eller dronen er like effektiv som bien når blomstene skal bestøves. Deretter må de krympe systemene, så de kommer ned i biestørrelse. Til slutt må alt sammen samles i én høyteknologisk pakke som med en minimal grad av inngrep fra mennesker kan utføre bestøvningen på en effektiv måte.

Og forskerne er allerede på god vei. Biene har en fantastisk evne til å finne de rette blomstene. Det krever en avansert form for billedgjenkjenning hos den roboten som skal kunne identifisere den riktige kombinasjonen av kronblader i de riktige fargene både i fullt dagslys, i overskyet vær, i tussmørke og fra alle tenkelige vinkler. Det er ingen lett oppgave. En av de mest lovende kandidatene er roboten BrambleBee som er utviklet ved West Virginia University.

Med et kamera på armen bygger roboten opp et detaljert bilde av hver enkelt av blomstene i et drivhus. På bakgrunn av kunnskapen om utseendet av blomster i ulike grader av modenhet og ved å huske på sitt tidligere arbeid i drivhuset identifiserer BrambleBee blomster med behov for bestøvning, akkurat som de ekte biene gjør.

Bienes behåring har en svakt positiv elektrisk ladning. Pelsen tiltrekker seg derfor de svakt negative pollenkornene fra blomstene.

© Shutterstock

Men BrambleBee er i dag en robot på størrelse med et kjøleskap og kan dermed ikke brukes til å bestøve blomster i praksis. Kunstige bestøvere må være mye mer bevegelige og i stand til å plukke opp pollen fra en blomst og overføre det til en annen.

Derfor eksperimenterte japanske forskere i 2017 med en vanlig hobbydrone som ble dekket med noe som kunne mindre om bienes pels. De klarte å få dronen til å befrukte en lilje med pollen fra en annen blomst.

Droner kopierer bienes frisyrer

Hobbydrone ble gjort om til bie. Forskerne brukte en hobbydrone som målte om lag 5 centimeter i diameter og veide 15 gram. Hestehår fanger pollen. Undersiden av dronen var dekket med hestehår for å øke den overflaten som samler opp pollen.

Ved Harvard University har forskere utviklet den minste flygende dronen i verden, som de faktisk har døpt RoboBee. Dronen veier mindre enn 90 milligram og kan fly baklengs og stå stille i luften, noe som gjør den like flyvedyktig som de svart- og gulstripete insektene.

Men dronens bevegelsesfrihet er fortsatt nokså begrenset, for den er foreløpig avhengig av strøm via en ledning for å kunne fly. Selv de mest avanserte batteriene som finnes i dag, kan ikke lages så lette og små at de kan drive droner i biestørrelse.

Klissete iongelé ble funnet opp ved et uhell

  • HÅR UTEN GELÉ

    Iongelé er en tyktflytende utgave av en såkalt ionvæske. I slike væsker har de fleste partiklene elektrisk ladning, i motsetning til i vanlige væsker, der de fleste partiklene er elektrisk nøytrale. I 2007 arbeidet den japanske forskeren Eijiro Miyako med ionvæsker, men skapte ved et uhell den tyktflytende geléformen.

  • HÅR MED GELÉ

    Miyako forlot geleen i en åpen flaske bakerst i et skap, og da han fant den igjen sju år senere, hadde den fortsatt alle de samme egenskapene. Iongelé er klissete og fordamper ikke. Det gjør den perfekt
    til å fange opp pollen.

Forskernes neste oppgave blir å samle all denne teknologien i en pakke – en flygende robot med den rette størrelsen. Denne oppgaven har de så vidt kommet i gang med.

Den graden av selvstendighet som vil være nødvendig i framtidens kunstige bier, krever nemlig et enormt sprang framover innen kunstig intelligens og datateknologi, mener James Marshall.

Han er ekspert på nevrale nettverk ved universitetet i Sheffield og har forsket på hvordan bier kan utvise en så avansert atferd med sine relativt små hjerner. Marshall anslår at med den nåværende utviklingen i teknologien vil det komme en bieavløseren rundt år 2035.

Robotbie hjelper til i bikuben

  • Dans gir viten om mat

    Roboter og droner skal ikke bare hjelpe oss med å gjøre bienes jobber – de skal også hjelpe biene selv. Tyske forskere fra Freie Universität i Berlin har utviklet en robotbie som kan danse på samme måte som ekte bier. Med dansen kan biene formidle hvor de andre kan finne spesielt interessante områder der det er mye nektar og pollen.

  • Fanger oppmerksomhet med sukker og varme

    Forsøk i en bikube har vist at robotbien kunne fange de andre bienes oppmerksomhet ved å etterligne bevegelsene, vibrere med sine kunstige vinger, avgi små dråper av sukkervann og utstråle varme.

Mikrodroner hjelper landbruket

Den avanserte bestøvningsoppgaven er imidlertid ikke den eneste forskere kan gi til de små, flygende insektroboter.

En sverm av selvstyrende robotbier ville for eksempel være ideell til å sende utover store landbruksområder og gi bøndene detaljerte data som gjør det lettere å forutsi hvordan plantene vil vokse eller dosere vanningsmengden.

Det vil gjøre landbruket langt mer effektivt, noe som er avgjørende hvis alle munner skal mettes i framtiden, i og med at verdens befolkning i 2050 ventes å være oppe i nesten ti milliarder.

Skulle det verst tenkelig skje – at alle bier forsvant – vil det bety et farvel til mange populære matvarer som plommer, mandler og sjokolade, men mange av de aller viktigste matplantene vil kunne vokse.

Planter som for eksempel mais, hvete og sukkerrør er nemlig bestøvet av vind – pollen fraktes fra plante til plante av vinden – og trenger ikke hjelp fra en bestøver som for eksempel en bie.

Men det gjør ikke situasjonen mindre alvorlig, og alle forskere som i dag arbeider med å utvikle disse robotbiene, er enige om at den aller beste løsningen fortsatt er å arbeide for å sikre at naturens opprinnelige bestøvere overlever.

Les også:

Robotoperasjon
Roboter

Roboter overgår nå kirurgene

0 minutter
scifi robot
Roboter

Robotene overtar verden

0 minutter
Shapeshifters
Roboter

Fremtidens roboter skifter form etter oppgaven

1 minutt

Logg inn

Feil: Ugyldig e-postadresse
Passord er påkrevd
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klikk her

Ny bruker? Få adgang nå!