全球蜜蜂大消亡之際，無人機+泡泡機組合能完成授粉使命嗎？
2020-07-12 鈦媒體APP
圖片來源@全景視覺
文丨學術頭條
世界上大約有 2 萬種蜜蜂，它們是最重要的昆蟲傳粉媒介。蜜蜂有著獨特的飛行模式和花卉偏好，而且許多蜜蜂與花朵共同進化，所以它們的身體大小和行為幾乎與授粉的花朵完美互補。
事實上，全世界絕大多數種類的昆蟲都在減少。據科學家推測，人類活動和氣候變化等因素是授粉媒介數量穩步下降的原因之一。在許多地方，由於殺蟲劑和除草劑的使用、棲息地的喪失和全球變暖，蜜蜂的數量急劇下降。一些物種，如鏽斑大黃蜂，甚至已經被列為瀕危物種。
儘管世界各地的人們都在研究各種人工授粉的方式，但是目前還沒有找到可以取代蜜蜂的生產力和效率的方法。大多數人工授粉的例子都涉及攜帶花粉的人或機器與花之間的直接接觸，一次只能與一朵花互動，導效率低下且成本高昂。
不過，近日日本先進科學技術研究所(JAIST)的研究人員提出了一種絕妙的授粉方法：在無人機上的安裝泡泡機—通過吹出的沾有花粉的肥皂泡進行授粉。
這一方法能否緩解蜜蜂數量減少的危機呢？
蜜蜂數量驟減引擔憂
根據聯合國糧食及農業組織表示，在人類賴以生存的農作物中，有超過 70% 依賴昆蟲授粉。然而，其他研究發現，近 40% 的傳粉者，如蜜蜂和蝴蝶，正面臨滅絕的危險。
如果世界上所有的蜜蜂都滅絕了，那麼地球的整個生態系統將產生重大的連鎖反應。許多植物，例如蜜蜂蘭，一種由蜜蜂授粉的被子植物，在沒有人類的幹預下將會無法傳粉，繼而無法繁衍後代。
蜜蜂蘭開的花，形狀酷似雌性蜜蜂，開出的花屢屢使雄性野蜜蜂「受騙上當」
這將改變這些植物所在的棲息地的生物種類組成，影響當地食物網，並可能引發依賴它們的動植物數量的進一步下降。此外，如果沒有蜜蜂，植物會結更少的種子，繁殖成功率也會更低。
在農業方面，蜜蜂的消失將改變現有的食物種類。許多水果和蔬菜是昆蟲授粉的，如果沒有蜜蜂，就不可能如此大規模地種植。
例如，在藍莓和櫻桃的授粉環節裡，高達 90% 的花粉都依賴於蜜蜂傳播。雖然對大多數水果和蔬菜作物來說，手工授粉都是可能的，但這會極大的增加人力成本，從而讓這些食物變的更加昂貴。
小型無人機充當授粉媒介
考慮到全球蜜蜂數量的減少，人工授粉器可能會成為一種創新且可行的解決方案。不久前，日本的研究人員提出了一個新方法來解決這個擾人的問題：使用微型無人機作為媒介來給作物授粉。
作為研究的一部分，科學家們購買了一架現成的無人機。這架無人機配備了馬毛刷和離子凝膠，以模仿昆蟲的授粉。離子凝膠是一種粘性物質，研究人員將凝膠放在無人機的馬毛刷帶上，作為花粉的載體進行試驗。
最初，這種凝膠是由研究小組的首席化學家宮古英二郎(Eijiro Miyako)開發，作為電子元件的材料使用。然而，它最終在無人機「蜜蜂」上發揮了用途。
研究人員的目標是用無人機作為蜜蜂的替代品，通過操縱蜂鳥大小的無人機，讓沾有凝膠的馬毛刷輕輕地收集花粉再授粉。實際實驗也表明，無人機成功地為試驗田裡的野生日本百合授粉。
雖然乍一聽讓機械設備充當傳粉者似乎不切實際，但這個想法並不牽強。現有技術已經可以支持工作人員通過一個遠程界面控制多架無人機。
因此，這項研究的結果對機器人和農業都有潛在的影響。研究團隊認為，通過人工智慧和 GPS 數據的結合，這些人工授粉機器可以「學習」授粉路徑。這可能會是迄今為止無人機在農業方面最關鍵的發展可能之一。
研究人員也展望了無人機幫助植作物授粉的未來：成群的無人機在田裡工作，為作物授粉、施肥。
不過，雖然這是一種可行的方法，但效率並不高。這些實驗都涉及攜帶花粉的無人機和花之間進行直接接觸，容易摧毀接觸到的鮮花。
對於演示的幾朵花來說，讓這些人工授粉機器做蜜蜂所做的事情是可行的：通過識別並定位單個花朵，然後一次與一朵花互動，以實現可靠的授粉。但是如果將範圍擴大到覆蓋一棵樹，就變得非常耗時，更不用說整個果園了。
從泡泡機上得到的靈感
為了改進無人機授粉的的技術，日本先進科學技術研究所(JAIST)的研究人員想出了一種更好的授粉技術：在無人機上安裝泡泡機，通過吹出的沾有花粉的肥皂泡進行授粉。
首席化學家宮古英二郎(Eijiro Miyako)講述了他從泡泡機上得到的啟發：他和他的兒子在公園吹泡泡時意識到，如果這些泡泡能夠攜帶花粉粒，它們就會成為一種理想的載體，不僅容易製造和運輸，而且它們在運送完花粉後就會消失。
宮古英二郎和其他研究人員在發表的論文中寫到，「我們意外地發現，天然花粉顆粒很容易地融入肥皂膜中，並可以將泡泡機裝在無人機上，實現空中飛行。」
測試顯示，每個肥皂泡攜帶多達 2000 個花粉顆粒，粘附在泡沫膜的表面。實驗還優化了泡沫液的 pH 值，並在泡沫液中混合了硼、鈣、鎂、鉀等幾種物質，使其儘可能有利於花粉的生長，並且保證溶液中的花粉能夠成功萌發。
研究人員在一架無人機上配備了一臺每分鐘能產生 5000 個氣泡的氣泡機。在一次實驗中，當無人機在 2 米高的花朵上以 2 米/秒的速度移動時，成功率為 90%。
將肥皂泡射入目標花朵後，作物在 16 天后形成的幼果的體積幾乎與傳統的用球形羽毛刷手授粉的體積相同，並且隨著時間的推移，梨樹果實體積穩步增加。結果顯示，肥皂泡介導的授粉率和人工授粉率均在 95% 左右，兩者之間沒有顯著差異，因此也表明了肥皂泡介導的授粉是有效的。
當然，在沒有大規模試驗之前，我們不敢斷言這種授粉方式是可以替代蜜蜂授粉的。人們仍然要從成本、效率和機器功能等方面去衡量此方案的可行性。
在蜜蜂數量驟減的事實之下，人工授粉機器的推出可以作為一個慰藉，但我們需要做的更多是保護地球這個生態系統上的每一個部分。
資料來源：
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/drone-bubble-machine-pollinate-flowers-like-a-bee
https://www.unmannedsystemssource.com/pollinating-drones-could-miniature-uavs-save-the-world-from-falling-bee-numbers/
https://www.britannica.com/story/what-would-happen-if-all-the-bees-died
相關焦點
-
全球蜜蜂大消亡之際 無人機+泡泡機組合能完成授粉使命嗎?
在許多地方，由於殺蟲劑和除草劑的使用、棲息地的喪失和全球變暖，蜜蜂的數量急劇下降 。一些物種，如鏽斑大黃蜂，甚至已經被列為瀕危物種。大多數人工授粉的例子都涉及攜帶花粉的人或機器與花之間的直接接觸，一次只能與一朵花互動，導效率低下且成本高昂。不過，近日日本先進科學技術研究所(JAIST)的研究人員提出了一種絕妙的授粉方法：在無人機上的安裝泡泡機—通過吹出的沾有花粉的肥皂泡進行授粉。這一方法能否緩解蜜蜂數量減少的危機呢？ -
無人機替代蜜蜂授粉 應對蜂群崩壞症候群
隨著無人機技術的發展，大大小小的無人機已經在諸多領域得以應用，甚至還能夠代替蜜蜂進行授粉的工作，眾所周知，勤勞的蜜蜂授粉得以使不少農作物和植物開花結果，但隨著氣候的變化，全球蜂群的數量在不斷下降，也就是業界所說的蜂群崩壞症候群，小型無人機代替蜜蜂進行這一工作的話，或許能夠解決蜜蜂減少帶來的問題。 -
日本發明家首次使用無人機完成授粉工作
在人們弄清導致這已結果的原因前，另一些科研人員正在研究使用無人機代替蜜蜂來傳播花粉的技術。日本筑波的國立先進工業科學研究所的研究人員正在探索這一可能性。他們利用了「離子液體凝膠」的粘性，使這個不尋常物理性質發揮了新用途。團隊首先從亞馬遜購買了價值100美元的無人機，在這個基礎上把它改裝為傳粉者：在無人機的底部增加了馬毛，馬毛上塗抹潮溼的凝膠。 -
蜜蜂瀕臨滅絕?日本教授研究用無人機為植物授粉
然而，我們目前卻不得不正視一個現實——蜜蜂正在以驚人的速度消亡。據研究表明，自動化農業的發展、環境氣候的變化以及過多化學農藥的噴灑導致蜜蜂種群數量在近些年內急劇下降，作為自然界生物鏈條中非常重要的一環，蜜蜂數量的減少可能直接導致人類糧食的減產和大規模植被死亡甚至滅絕。 -
為了給花傳粉，科學家能有多拼
授粉，將花粉從雄蕊轉移到雌蕊，幫助植物結出果子。全球四分之三的農作物都需要授粉，其中很多需要蜜蜂、蝴蝶這些傳粉昆蟲的幫忙。，全球範圍內能幫助授粉的昆蟲數量嚴重下降。當然，人們可以用棉籤或小刷子進行手工授粉。但是，這種方法的人工成本太大。而且花粉的收集成本很高，經不起使用鼓風機之類的設備進行大範圍噴灑。宮古英次郎（Eijiro Miyako），一直在思考如何能高效、經濟地給花朵進行人工授粉。 -
梨樹蜜蜂授粉的山西故事
一開始授粉的時候，梨農用鉛筆頭上帶一點橡皮，用青黴素的小瓶裝一點粉。為了減少人工使用，梨農動了很多腦筋。改用毛線系成疙瘩授粉，用了幾年，人工費用還是太大，他們就開始用兩尺長的雞毛撣子粘粉，授粉速度是快了，人工費也相對減少了一大部分。但是梨農授粉工具變大，也相應地增加了花粉的使用量。 -
蜜蜂消失的背後
該總科包括11科約2萬種，分布遍及全球，其中熱帶、亞熱帶種類較多。蜜蜂總科（包括：社會性和獨棲性的種類） 人類大約三分之一的食物來源取決於蜜蜂授粉蜜蜂為70 種糧食作物授粉社會性的蜜蜂（以蜂后為單位形成的社群）一個蜜蜂群落能完成 4000平方米內的果樹授粉一個蜜蜂群落每年平均產出 14 公斤蜂蜜 -
肥皂泡也能為花朵授粉,科學家為植物授粉找到新方法
科學家用肥皂泡代替蜜蜂為梨樹授粉 圖片來源：iScience肥皂泡能通過將花粉粒送到目標花朵上，幫助梨樹授粉，這表明這種異想天開的技術可以成功為結實作物授粉。這項來自能美市日本先進科學技術研究所的研究表明，肥皂泡可能是機器人授粉技術的一種低技術含量的補充，機器人授粉技術是用來補充蜜蜂消失產生的缺口的。相關論文6月17日發表在iScience上。「這聽起來有點像幻想，但功能性肥皂泡能與傳統手工授粉一樣有效授粉和確保水果質量。」 -
受蜜蜂敏捷飛行能力的啟發，科學家將開發能穿越狹小空間的無人機
研究小型下一代無人機的科學家們特別感興趣的是蜜蜂等飛行昆蟲，對這些小動物擠過狹小空間的方式有了新的認識，澳大利亞新南威爾斯大學（UNSW）的一個團隊想像著如何讓飛行機器人做同樣的事情。在過去的幾年裡，我們已經看到了一些以蜜蜂為靈感的無人機研究的有趣進展。 -
假如這個世界上沒有了蜜蜂(食物鏈中的秘密)|大象真白
假如這個世界上沒有了蜜蜂，我們的生活會有哪一些變化？蜜蜂是食物鏈中的重要一環，植物結出果實的唯一辦法是傳粉受精，蜜蜂會給70%的植物授粉。這些植物供養了地球上0%的生命。換句話說，你消費的三分之一的食物源自蜜蜂授粉。那麼假如蜜蜂滅絕了會怎樣？ -
蜜蜂蝴蝶蝙蝠蒼蠅這些授粉物種在急劇減少，殺蟲劑是最大威脅
蜜蜂也許是最為人熟知的糧食作物所依賴的授粉物種。為此，全球農業生產服務中，授粉服務也是一個核心部分，每年價值超過1250億美元。 在美國，授粉服務的價值估計為每年20到300億美元。事實上，除了蜜蜂，有些蝴蝶、飛蛾、鳥、蝙蝠等也是授粉物種，可以幫助水果、蔬菜或者堅果授粉。不幸的是，這些重要的授粉物種數量正在全球範圍內以驚人的速度下降。 -
愛因斯坦:蜜蜂滅絕,人類只能存活4年?蜜蜂和人類有什麼關係
蜜蜂和人類說完了預言的真實性，我們再來分析一下預言的內容，它的依據是什麼？蜜蜂為什麼會和人類的生存扯上關係了？在我們的生活中，不說天天見到蜜蜂，一年到頭總是能看到幾次的。還有職業養蜂人，他們整天和蜜蜂打交道。 -
所有的蜜蜂都是群居生活嗎?並不是,90%的蜜蜂是獨居青年
蜜蜂的導航系統也不是完美的，如果一隻蜜蜂離開其正常環境，例如被困在你的車裡到達120公裡以外的地方，又或者蜜蜂的家因為自然災害摧毀了，蜜蜂找不到家或者無家可歸的時候，它該怎麼辦？ -
小小靚科技|活蜻蜓無人機試飛成功,半機械化生物時代將為農業帶來...
把蜻蜓的一半變成機器，這聽上去有點殘忍，蜻蜓能忍受的了這種折磨嗎？不會在變身機器人的時候死掉嗎？因為蜜蜂作為自然界最重要的授粉昆蟲之一，每年要為美國農業貢獻超過 150 億美元的產值。不過，隨著自然條件的變化，最近 25 年，美國蜜蜂的群密度卻整整縮減了一半。 -
如果蜜蜂從地球上消失,人類只能再存活4年?
流傳說法：據傳，愛因斯坦曾說過一句名言：「如果蜜蜂從地球上消失，人類將只能再存活4年。沒有蜜蜂，沒有授粉，沒有植物，沒有動物，也就沒有人類」。 較真要點：一個物種（包括人類）的生存與消亡，取決於多方面的影響。 -
熊蜂的世界|「授粉者」計劃
花朵盛開後，梭砂貝母就在等待「授粉者」的光臨。蘇氏熊蜂由於體型較大，能夠攜帶更多花粉而深得梭砂貝母喜愛。為了吸引蘇氏熊蜂，梭砂貝母會分泌出更多的花蜜作為回報。——「美麗雲南生物多樣性百科」欄目熊蜂是蜜蜂總科熊蜂屬，為獨居性和社會性昆蟲，是蜜蜂大世界中的一員，全球已知約有250種熊蜂。 -
超過75%的農作物品種都離不開授粉保護蜜蜂就是保護人類自己
聯合國糧食和農業組織（糧農組織）敦促各個國家和民眾採取更多行動，保護蜜蜂和其他授粉生物，以避免食物多樣性劇減的風險。 糧農組織指出，一旦缺少蜜蜂和其他授粉生物，咖啡、蘋果、杏仁、番茄和可可等農產品將幾乎絕收。世界上超過75%的農作物品種，都在一定程度上依靠授粉來提高產量和質量。 -
一種罕見植物可由螞蟻授粉 蜜蜂:這是來搶我飯碗麼?
很多植物依賴蜜蜂授粉來繁殖，這一過程對保持地球生態至關重要。近期一項新研究發現，澳大利亞一種彩煙木屬植物可讓螞蟻代替蜜蜂來授粉。領導該研究的澳大利亞伊迪斯考恩大學博士生尼古拉·德爾內沃說，大自然中由螞蟻授粉的植物非常罕見，因為螞蟻身體分泌的液體含有抗菌素，會破壞花粉顆粒從而導致授粉失敗。「這種抗菌素基本上起著防腐劑的作用，螞蟻將其塗在地下巢穴中以防黴菌，還能抗感染。這種抗菌素不僅可以殺滅細菌和真菌，對花粉顆粒也有毒性。」德爾內沃說。 -
蜜蜂消失以後 人類就能活4年?
經常在網絡上的一些科普帖子、甚至是一些學術文章中，看到據傳是愛因斯坦曾說過的一句名言：「如果蜜蜂從地球上消失，人類將只能再存活4年。沒有蜜蜂，沒有授粉，沒有植物，沒有動物，也就沒有人類。」尤其是近十幾年來，在美國和歐洲發現了蜜蜂種群數量大範圍急劇減少的現象，這句所謂的名言流傳就越來越廣泛。 -
蜜蜂遭遇生存危機,未來它們授粉的工作,將被蒼蠅的親戚頂替?
本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文筆者：三體-小遙作為大自然中最勤勞的動物，蜜蜂的一生都在採蜜和釀蜜中度過，得益於它們的工作，很多植物都能夠順利繁衍下去，千萬年來都是如此。生物學家分析，自然界中的植物離不開天然的傳粉生物，即便如今人類已經學會了人工授粉的方法，也達不到前者的效果。而蜜蜂如今正面臨著生存危機，所以我們不得不尋找新的方法來幫助植物提高授粉成功率。據悉，全球氣候變化導致很多昆蟲的生活出現了前所未有的困難，蜜蜂也面臨著寄生蟲的威脅，其中也包括很大一部分野生蜜蜂，如果這樣的狀態持續下去，它們很有可能在未來走向滅絕。