Роботы против насекомых: почему крошечные дроны проигрывают пчелам?

Наверное, последним пунктом в списке вещей, которые могут навсегда измениться благодаря дронам, будет не доставка грузов или обеспечение интернет-покрытия, а весьма ценная услуга… опыления. Ученые из Японии изучают возможность использования миниатюрных дронов, покрытых липкими волосками, которые могли бы действовать как роботизированные пчелы и бороться со снижением темпов природного опыления.

В японском журнале «Кем» появилась статья, в которой группа ученых продемонстрировала возможности своего дрона на примере открытого цветка бамбуковой лилии (Lilium japonicum). Немного попрактиковавшись, устройство смогло забрать 41% доступной пыльцы за три раза и успешно опылить 53 из 100 цветков. Дрон использует клочок волосков, дополненных нетоксичным гелем ионной жидкости, которая использует статическое электричество и липкость, чтобы цеплять пыльцу. Хотя в рамках исследования дронами управляли вручную, ученые говорят, что, добавив искусственный интеллект и GPS, можно научить беспилотник действовать и опылять растения самостоятельно.

Но чтобы быть хорошим опылителем, нужно немного больше, чем просто липкие волосы. Эксперты, изучающие насекомых-опылителей, утверждают, что эти беспилотники еще слишком отстают от природных опылителей, включая пчел, бабочек и более крупных животных, во всем их разнообразии. Однако всегда приятно видеть, что наука учится у природы. Эти исследования также помогают нам оценить чудеса, которые нам демонстрирует природа.

Опыление — сложная задача, которую не стоит недооценивать. Оно включает нахождение цветов и принятие решений об их пригодности, а также возможном повторном опылении. Затем опылитель должен успешно обработать цветок, собрать пыльцу и перенести ее на другое растение, при этом сообщаясь с командой и оптимизируя свой маршрут между цветами. Во всех этих задачах наши существующие опылители непревзойденные, а их навыки оттачивались в ходе миллионов лет эволюции. В некоторых случаях у нас есть подходящие технологии имитации; в некоторых нет.

Три основных фактора, которые делают насекомых-опылителей вроде пчел хорошими в их деле, заключаются в том, что они могут принимать самостоятельные решения, обучаться и работать в команде. Каждая пчела может решать, какие цветы ей подходят, управлять распределением энергии и держать себя в чистоте от несвежей пыльцы.

Современные беспилотники уже могут достичь такого уровня индивидуального управления. Поскольку они имеют технологии для отслеживания лиц, они могут отслеживать и цветы. Также они могли бы выстраивать маршруты в соответствии с GPS и возвращаться на базу для подзарядки или при низком уровне батареи. В конечном счете они могут иметь преимущества перед природными опылителями, поскольку опыление будет их единственной задачей. Пчелы, с другой стороны, должны искать себе пищу самостоятельно, для себя и своего потомства, и опыление рождается как побочный продукт.

Сферы, в которых дронам нужно подтянуться, это обучение и работа в команде. Цветы тоже не всегда открыты и просты, как у бамбуковой лилии, и некоторые из наших коммерчески опыляемых пищевых ресурсов имеют сложные цветы (например, фасоль) или необходимость повторных посещений (например, цветы клубники), чтобы производить хорошие плоды.

Чтобы решить эти вопросы, пчелы учатся и специализируются на определенных цветах, чтобы обрабатывать их быстро и эффективно. Они также очень трудолюбивы и отлично выстраивают маршруты. Чтобы повторить это, дронам потребуется серьезное программирование и либо изменение поведения или формы в зависимости от цветка, либо множество разных дронов, выполняющих разную работу.

Наличие нескольких дронов требует кооперации и децентрализации управления, в то время как отдельные дроны могут принимать решения, основываясь на информации от своих коллег и серии простых правил. Шмели могут определять, был ли цветок уже посещен, по запаху следов предыдущего посетителя. Подобные адаптации делают опыление крайне эффективным процессом. Потребуется разработка подобных навыков у команды опыляющих дронов, чтобы они также могли работать в качестве эффективных опылителей.

Возможно, такие беспилотники пригодятся нам в средах, которые не подходят для природных опылителей, например, в лаборатории, где скрещивают различные виды растений. Или где-нибудь под куполом Марса, где рой пчел не будет самым безопасным решением. Посмотрим, что еще робототехника сможет позаимствовать у насекомых и растений, а что улучшить.