Under de senaste decennierna har dussintals djurarter utrotats, medan tusentals andra nu riskerar att försvinna. Bland de utrotningshotade arterna finns olika pollinatörer, bland annat bin och vissa typer av malar, fjärilar och flugor.
Eftersom pollinering är ett viktigt steg för att frukt, grönsaker och frön ska kunna växa kan utrotningen av dessa arter hota livsmedelsförsörjningen i hela världen. Vissa ingenjörer har därför försökt utveckla alternativa pollineringsmetoder som enkelt kan implementeras i verkliga miljöer.
En särskilt lovande metod är utvecklingen av pollineringsrobotar, robotsystem som självständigt kan sprida pollen i luften. Trots att de kan användas för pollinering av vissa grödor klarar många av dessa robotar inte av att pollinera alla typer av blommor.
För att övervinna denna begränsning har forskare vid West Virginia University arbetat med så kallade precisionsbestämningsrobotar, som är utformade för att använda noggrant anpassade strategier för att överföra pollen till specifika typer av blommor. Deras senaste system för precisionsbestämning, en sexarmad robot som kallas Stickbug, presenterades nyligen i en artikel som förpublicerats på arXiv.
”Detta arbete presenterar utformningen av Stickbug, en sexarmad, multi-agent, precisions pollineringsrobot som kombinerar noggrannheten hos single-agent system med svärm parallellisering i växthus”, skrev Trevor Smith, Madhav Rijal och deras medarbetare i sin artikel.
”Precisionsrobotar för pollinering har ofta föreslagits för att kompensera för effekterna av en minskande population av naturliga pollinatörer, men de saknar ofta den parallellisering och skalbarhet som krävs. Stickbug uppnår detta genom att låta varje arm och drivbas fungera som en individuell agent, vilket avsevärt minskar planeringskomplexiteten.”
Stickbug, den nya precisionsroboten för pollinering som utvecklats av Smith, Rijal och deras kollegor, bygger på en robotplattform som de introducerade för några år sedan, kallad BrambleBee. Även om BrambleBee framgångsrikt pollinerade blommor i björnbärsfamiljen, inklusive björnbärs- och hallonblommor, har den bara en enda manipulator, vilket begränsar dess skalbarhet och ökar den tid det tar att pollinera hela fält.
Teamet bestämde sig därför för att utveckla en ny pollineringsrobot som hade flera armar och därmed kunde pollinera fler blommor samtidigt. Detta ledde slutligen till skapandet av Stickbug, en robot med sex robotmanipulatorer som självständigt kan hantera olika pollineringsuppgifter
”Stickbug använder en kompakt holonomisk Kiwi-drivning för att navigera i smala växthusrader, en hög mast för att stödja flera manipulatorer och nå växthöjder, en detektionsmodell och klassificerare för att identifiera Bramble-blommor och en filttoppad endeffektor för kontaktbaserad pollinering”, skriver Smith, Rijal och hans medarbetare i sin artikel.
Forskarna utvärderade en prototyp av sin robot i ett verkligt experiment och placerade den framför en konstgjord bräkenplanta, eftersom blommorna inte blommade vid tidpunkten för experimentet. Robotens uppdrag var att pollinera så många blommor som möjligt inom en 5-minutersperiod.
”Den inledande experimentella valideringen visar att Stickbug kan försöka genomföra över 1,5 pollineringar per minut med en 50-procentig framgång”, skriver Smith, Rijal och deras kollegor. ”Dessutom skapades ett dataset för perception av Bramble-blommor som är offentligt tillgängligt tillsammans med Stickbugs programvara och designfiler.”
Den nya precisionsroboten för pollinering som utvecklats av Smith, Rijal och deras kollegor kan snart testas på riktiga växter för att validera dess genomförbarhet. I framtiden skulle Stickbug kunna förbättras och introduceras i verkliga miljöer, särskilt i miljöer där naturliga pollinatörer har minskat och skördarna därmed är knappa.
”Framtida arbete kommer att ge efterföljande experiment på levande växter under blomningssäsongen och förbättra blommeminnet och omidentifieringen genom Intersection over Union (IoU) och blommans relativa grafbaserade kartläggning”, skrev forskarna.
”Dessutom planerar vi att förbättra manipulatorfunktionerna genom att integrera en sökfunktion och lastbalansering av blommor, och utnyttja domaren för att generera en global blomkarta för att styra manipulatorer mot outforskade och blomtäta regioner.”
Ytterligare information: Trevor Smith et al, Design of Stickbug: a Six-Armed Precision Pollination Robot, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2404.03489
