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文丨學(xué)術(shù)頭條
世界上大約有 2 萬(wàn)種蜜蜂，它們是最重要的昆蟲傳粉媒介。蜜蜂有著獨(dú)特的飛行模式和花卉偏好，而且許多蜜蜂與花朵共同進(jìn)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(bǔ)。
事實(shí)上，全世界絕大多數(shù)種類的昆蟲都在減少。據(jù)科學(xué)家推測(cè)，人類活動(dòng)和氣候變化等因素是授粉媒介數(shù)量穩(wěn)步下降的原因之一。在許多地方，由于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(shù)量急劇下降。一些物種，如銹斑大黃蜂，甚至已經(jīng)被列為瀕危物種。
盡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(méi)有找到可以取代蜜蜂的生產(chǎn)力和效率的方法。大多數(shù)人工授粉的例子都涉及攜帶花粉的人或機(jī)器與花之間的直接接觸，一次只能與一朵花互動(dòng)，導(dǎo)效率低下且成本高昂。
不過(guò)，近日日本先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所 ( JAIST ) 的研究人員提出了一種絕妙的授粉方法：在無(wú)人機(jī)上的安裝泡泡機(jī)—通過(guò)吹出的沾有花粉的肥皂泡進(jìn)行授粉。
這一方法能否緩解蜜蜂數(shù)量減少的危機(jī)呢？
蜜蜂數(shù)量驟減引擔(dān)憂
根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織表示，在人類賴以生存的農(nóng)作物中，有超過(guò) 70% 依賴?yán)ハx授粉。然而，其他研究發(fā)現(xiàn)，近 40% 的傳粉者，如蜜蜂和蝴蝶，正面臨滅絕的危險(xiǎn)。
如果世界上所有的蜜蜂都滅絕了，那么地球的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)將產(chǎn)生重大的連鎖反應(yīng)。許多植物，例如蜜蜂蘭，一種由蜜蜂授粉的被子植物，在沒(méi)有人類的干預(yù)下將會(huì)無(wú)法傳粉，繼而無(wú)法繁衍后代。
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(dāng)
這將改變這些植物所在的棲息地的生物種類組成，影響當(dāng)?shù)厥澄锞W(wǎng)，并可能引發(fā)依賴它們的動(dòng)植物數(shù)量的進(jìn)一步下降。此外，如果沒(méi)有蜜蜂，植物會(huì)結(jié)更少的種子，繁殖成功率也會(huì)更低。
在農(nóng)業(yè)方面，蜜蜂的消失將改變現(xiàn)有的食物種類。許多水果和蔬菜是昆蟲授粉的，如果沒(méi)有蜜蜂，就不可能如此大規(guī)模地種植。
例如，在藍(lán)莓和櫻桃的授粉環(huán)節(jié)里，高達(dá) 90% 的花粉都依賴于蜜蜂傳播。雖然對(duì)大多數(shù)水果和蔬菜作物來(lái)說(shuō)，手工授粉都是可能的，但這會(huì)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(wú)人機(jī)充當(dāng)授粉媒介
考慮到全球蜜蜂數(shù)量的減少，人工授粉器可能會(huì)成為一種創(chuàng)新且可行的解決方案。不久前，日本的研究人員提出了一個(gè)新方法來(lái)解決這個(gè)擾人的問(wèn)題：使用微型無(wú)人機(jī)作為媒介來(lái)給作物授粉。
作為研究的一部分，科學(xué)家們購(gòu)買了一架現(xiàn)成的無(wú)人機(jī)。這架無(wú)人機(jī)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(zhì)，研究人員將凝膠放在無(wú)人機(jī)的馬毛刷帶上，作為花粉的載體進(jìn)行試驗(yàn)。
最初，這種凝膠是由研究小組的首席化學(xué)家宮古英二郎 ( Eijiro Miyako ) 開發(fā)，作為電子元件的材料使用。然而，它最終在無(wú)人機(jī) 蜜蜂 上發(fā)揮了用途。
研究人員的目標(biāo)是用無(wú)人機(jī)作為蜜蜂的替代品，通過(guò)操縱蜂鳥大小的無(wú)人機(jī)，讓沾有凝膠的馬毛刷輕輕地收集花粉再授粉。實(shí)際實(shí)驗(yàn)也表明，無(wú)人機(jī)成功地為試驗(yàn)田里的野生日本百合授粉。
雖然乍一聽讓機(jī)械設(shè)備充當(dāng)傳粉者似乎不切實(shí)際，但這個(gè)想法并不牽強(qiáng)。現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)可以支持工作人員通過(guò)一個(gè)遠(yuǎn)程界面控制多架無(wú)人機(jī)。
因此，這項(xiàng)研究的結(jié)果對(duì)機(jī)器人和農(nóng)業(yè)都有潛在的影響。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，通過(guò)人工智能和 GPS 數(shù)據(jù)的結(jié)合，這些人工授粉機(jī)器可以 學(xué)習(xí) 授粉路徑。這可能會(huì)是迄今為止無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)方面最關(guān)鍵的發(fā)展可能之一。
研究人員也展望了無(wú)人機(jī)幫助植作物授粉的未來(lái)：成群的無(wú)人機(jī)在田里工作，為作物授粉、施肥。
不過(guò)，雖然這是一種可行的方法，但效率并不高。這些實(shí)驗(yàn)都涉及攜帶花粉的無(wú)人機(jī)和花之間進(jìn)行直接接觸，容易摧毀接觸到的鮮花。
對(duì)于演示的幾朵花來(lái)說(shuō)，讓這些人工授粉機(jī)器做蜜蜂所做的事情是可行的：通過(guò)識(shí)別并定位單個(gè)花朵，然后一次與一朵花互動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)可靠的授粉。但是如果將范圍擴(kuò)大到覆蓋一棵樹，就變得非常耗時(shí)，更不用說(shuō)整個(gè)果園了。
從泡泡機(jī)上得到的靈感
為了改進(jìn)無(wú)人機(jī)授粉的的技術(shù)，日本先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所 ( JAIST ) 的研究人員想出了一種更好的授粉技術(shù)：在無(wú)人機(jī)上安裝泡泡機(jī)，通過(guò)吹出的沾有花粉的肥皂泡進(jìn)行授粉。
首席化學(xué)家宮古英二郎 ( Eijiro Miyako ) 講述了他從泡泡機(jī)上得到的啟發(fā)：他和他的兒子在公園吹泡泡時(shí)意識(shí)到，如果這些泡泡能夠攜帶花粉粒，它們就會(huì)成為一種理想的載體，不僅容易制造和運(yùn)輸，而且它們?cè)谶\(yùn)送完花粉后就會(huì)消失。
宮古英二郎和其他研究人員在發(fā)表的論文中寫到， 我們意外地發(fā)現(xiàn)，天然花粉顆粒很容易地融入肥皂膜中，并可以將泡泡機(jī)裝在無(wú)人機(jī)上，實(shí)現(xiàn)空中飛行。
測(cè)試顯示，每個(gè)肥皂泡攜帶多達(dá) 2000 個(gè)花粉顆粒，粘附在泡沫膜的表面。實(shí)驗(yàn)還優(yōu)化了泡沫液的 pH 值，并在泡沫液中混合了硼、鈣、鎂、鉀等幾種物質(zhì)，使其盡可能有利于花粉的生長(zhǎng)，并且保證溶液中的花粉能夠成功萌發(fā)。
研究人員在一架無(wú)人機(jī)上配備了一臺(tái)每分鐘能產(chǎn)生 5000 個(gè)氣泡的氣泡機(jī)。在一次實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)無(wú)人機(jī)在 2 米高的花朵上以 2 米 / 秒的速度移動(dòng)時(shí)，成功率為 90%。
將肥皂泡射入目標(biāo)花朵后，作物在 16 天后形成的幼果的體積幾乎與傳統(tǒng)的用球形羽毛刷手授粉的體積相同，并且隨著時(shí)間的推移，梨樹果實(shí)體積穩(wěn)步增加。結(jié)果顯示，肥皂泡介導(dǎo)的授粉率和人工授粉率均在 95% 左右，兩者之間沒(méi)有顯著差異，因此也表明了肥皂泡介導(dǎo)的授粉是有效的。
當(dāng)然，在沒(méi)有大規(guī)模試驗(yàn)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?nèi)匀灰獜某杀尽⑿屎蜋C(jī)器功能等方面去衡量此方案的可行性。
在蜜蜂數(shù)量驟減的事實(shí)之下，人工授粉機(jī)器的推出可以作為一個(gè)慰藉，但我們需要做的更多是保護(hù)地球這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)上的每一個(gè)部分。
資料來(lái)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
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