هل يمكن للملقحات الروبوتية أن تلعب دورًا في الزراعة العمودية؟

سوق الزراعة العمودية على وشك تحقيق نمو أسي، حيث يتوسع من تقييم قدره 5.6 مليار دولار إلى ما يُتوقع أن يصل إلى 35 مليار بحلول عام 2032 — ما يقرب من زيادة سبعة أضعاف خلال عقد من الزمن. للاستفادة من هذا السوق المتنامي، الابتكار واستخدام التقنيات المتقدمة أمران أساسيان. تُبرز الملقحات الروبوتية، أو “النحل الروبوتي”، كعامل محتمل للتحول في هذا المجال.

ولكن لفهم الإمكانات التي تحملها الملقحات الروبوتية للزراعة العمودية، يجب أن يكون لدينا فكرة واضحة عما تعنيه هذه الفئات. لذلك، سنبدأ النقاش بنظرات عامة مختصرة حول ما تعنيه الزراعة العمودية والملقحات الروبوتية.

ما هي الزراعة العمودية؟

الزراعة العمودية هي طريقة/تقنية زراعية لزراعة المحاصيل في طبقات مكدسة عموديًا. الزراعة التقليدية كانت أفقية، حيث تُزرع المحاصيل على الأراضي الزراعية. ومع ذلك، ومع بقاء مساحة الأراضي الصالحة للزراعة على هذا الكوكب ثابتة وزيادة عدد السكان العالمي باستمرار، ظهرت الزراعة العمودية كحل، تُجرى في الغالب في بيئة مُتحكم فيها باستخدام تقنيات مثل الزراعة المائية (الأكوابونيك)، الزراعة المائية (الهيدروبونيك)، والزراعة الهوائية (الأيروبونيك) التي تجعل الحاجة إلى التربة في الزراعة غير ضرورية.

في الوقت الحالي، يمكن العثور على مزارع عمودية في المباني، وعلى حاويات الشحن، وحتى تحت الأرض، وتُعرف باسم المزارع العميقة.

مزايا الزراعة العمودية عديدة. فهي أكثر كفاءة، ومقاومة للطقس، وتُعد بديلاً أكثر صحة من منظور جهود الحفاظ على البيئة. لا تتطلب إزالة الغابات، التي غالبًا ما تكون سابقة لدورات الزراعة التقليدية، ولا تحتاج إلى العديد من الأنشطة الزراعية التقليدية ذات البصمة الكربونية العالية، بما في ذلك الحرث، الزراعة، والحصاد باستخدام الآلات الزراعية.

تم تقديم مفهوم الزراعة العمودية من قبل ديكسون ديسبومير في عام 1999، مما شكل بداية ما هو الآن مجال تطبيق ناشئ. هذه الأساس هي التي تضع الزراعة العمودية على مسارها للتطور والتنوع في السنوات القادمة. 

انقر هنا لمعرفة المزيد عن الزراعة العمودية.

ما هي الملقحات الروبوتية؟

باختصار، تشبه الملقحات الروبوتية النحل الضخم المجهز بعجلات وذراع. تم تصميم هذه الابتكار التكنولوجي لمعالجة مشكلة نقص الملقحات الطبيعية، مثل النحل، التي تشكل تحديًا كبيرًا لإنتاج الغذاء العالمي. استجابةً لهذا التحدي، طور الباحثون في جامعة ولاية فرجينيا الغربية ملقحة روبوتية.

النموذج الذي أنشأه يو غو، أستاذ مشارك في قسم الهندسة الميكانيكية والفضائية بالجامعة، يتميز بروبوت ذو ستة أذرع يهدف إلى المساعدة في التلقيح في بيئات الصوب الزراعية، مع إمكانية التعامل مع مجموعة متنوعة من المحاصيل. هدف الملقحات الروبوتية ذو شقين.

هدفها الفوري هو أداء المهام المتكررة، المستهلكة للوقت، والمرهقة للعمالة مثل فحص الأزهار، رسم الخرائط، التلقيح، وتتبع التطور، مما يتيح للمزارعين التركيز على الزراعة، الري، ومكافحة الآفات.

على المدى الطويل، تهدف الملقحة الروبوتية إلى رعاية المحاصيل الفردية بكفاءة محسنة، وضمان إنتاج الغذاء خلال فترات انخفاض أعداد الحشرات، وتقديم خدمات ذات قيمة مضافة مثل تتبع بيانات المحاصيل.

يقول يو غو: “إنه يرسم خريطة للبيئة، ومتى ما حصل الروبوت على فكرة عامة عن البيئة، سيقوم بإنشاء خريطة أكثر تفصيلًا للنباتات ويعرف مكان الأزهار وأي زهرة تحتاج إلى التلقيح.”

مع الأخذ في الاعتبار هذه القدرات، دعونا نستعرض كيف يمكن للملقحات الروبوتية أن تساهم في الزراعة العمودية.

إيجابيات وسلبيات الملقحات الروبوتية

تتمتع الملقحات الروبوتية بإمكانات لتوفير مجموعة متنوعة من الفوائد لصناعة الزراعة.

من خلال العمل على مدار 24/7، توفر الملقحات الروبوتية كفاءة أكبر من البشر، مما يقلل تكاليف العمالة ويعزز إنتاجية الغذاء. يمكنها العمل باستمرار، نهارًا وليلًا، حتى في الظروف القاسية. علاوة على ذلك، فإن قدرتها على جمع وتحليل بيانات المحاصيل تمنح المزارعين سيطرة دقيقة على زراعتهم، مما يتيح اتخاذ قرارات زراعية أكثر استنارة.

نفس البراعة التكنولوجية التي تسمح لهذه الملقحات الروبوتية بالعمل بشكل مستقل تمكّن من تخصيصها لمهام زراعية محددة. يمكن تكبيرها أو تصغيرها حسب حجم المحصول واحتياجات التلقيح في المزارع. كما يمكن لهذه الآلات تلقيح نباتات أو مناطق معينة بدقة أكبر من الطرق التقليدية، مما يحسن كفاءة الموارد وإنتاجية الغذاء.

بالإضافة إلى التلقيح، يمكن لهذه الروبوتات أيضًا قياس الهواء والماء والعوامل البيئية الأخرى في الوقت الحقيقي، مما يساهم في زراعة أكثر أمانًا واستدامة.

من خلال القضاء على الحاجة للمبيدات أو السموم الأخرى، تجذب الملقحات الروبوتية المزارعين الذين يرغبون في تقليل تأثيراتهم البيئية وتحسين عملياتهم.

لكن، بالطبع، الملقحات الروبوتية ليست خالية من المشكلات:

• على الرغم من التقدمات التكنولوجية الأخيرة، فإن التلقيح الروبوتي مكلف وبعيد كل البعد عن القدرة على استبدال الملقحات الطبيعية مثل النحل لتخصيب المحاصيل بفعالية. ولا ننسى أن هناك أكثر من 250,000 نوع من النباتات المزهرة على الكوكب، وكلها تتفاعل بطرق فريدة مع ناقلات حبوب اللقاح.
• نظرًا لأن الأنواع الغازية الغريبة تسبب الانقراض وتعرقل وظائف وخدمات النظم البيئية، قد يتسبب التلقيح الروبوتي في إضرار بالنظم البيئية الأوسع.
• الاعتماد على ملقحة واحدة يزيد من القابلية للضعف نتيجة فشل التكنولوجيا المعقدة أو الهجمات الإلكترونية، مما قد يؤدي إلى انعدام الأمن الغذائي الكبير. علاوة على ذلك، قد يؤثر تقليل التنوع الجيني على قدرة الزهرة على مقاومة الأمراض وقد يجعلها أقل صحة.

تحديات التلقيح في الزراعة العمودية

بدأت الزراعة العمودية بحماس كبير. توماس غراهام، باحث في الزراعة ذات البيئة المتحكم فيها في جامعة جيلف بأونتاريو، كان يعتقد أن المزارع العمودية “لديها القدرة على المساهمة بمقدار كبير في نظامنا الغذائي.” على الرغم من أن البداية كانت مليئة بالأمل والحماس، واجهت الزراعة العمودية نصيبها من التحديات. شملت هذه التحديات التضخم، ارتفاع أسعار الطاقة، الحاجة المستمرة إلى كميات كبيرة من الكهرباء، وأكثر من ذلك.

فشلت العديد من المزارع العمودية في تجاوز مجموعة محددة من المنتجات، التي شملت فقط المحاصيل الخضراء مثل الخس والأعشاب، التي تتطلب ماءً أقل ويمكن زراعتها بسرعة باستخدام الزراعة المائية.

لكي تحقق ممارسات الزراعة العمودية إمكاناتها الحقيقية وتقدم حلاً ملموسًا لتحديات انعدام الأمن الغذائي، يجب أن توسع نطاق المحاصيل التي تقدمها وتساعد في إنتاجها. هذا التوسع لن يكون ممكنًا دون مساعدة الملقحات.

وفقًا لـ دراسة نشرتها المعهد الوطني للغذاء والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية، يعتمد حوالي 75٪ من النباتات المزهرة في العالم و35٪ من محاصيل الغذاء العالمية على الملقحات الحيوانية للإنتاج. بينما يُعد النحل النوع الأكثر بروزًا من الملقحات – مع أكثر من 4,000 نوع من النحل في أمريكا – التي تساعد على زيادة غلات المحاصيل، تشمل الملقحات أيضًا الدبابير، العث، الذباب، الفراشات، الطيور، الخفافيش، وغيرها.

تجد هذه الملقحات الطبيعية صعوبة في أداء وظيفتها في الزراعة العمودية. يواجه النحل المستأنس، أحد أكثر الملقحات شيوعًا في الزراعة التجارية، صعوبة في التنقل تحت الإضاءة الاصطناعية. كما أن التلقيح يدويًا ليس مجديًا اقتصاديًا لأنه يتطلب الكثير من الوقت والجهد والتكلفة.

كيف تتصدى الملقحات الروبوتية لهذه التحديات

هناك أكثر من طريقة يمكن للملقحات الروبوتية أن تعمل بها. سنستعرض بعض حالات الاستخدام الواقعية حيث تم نشر الروبوتات الملقحة بنجاح.

الملقحات الروبوتية التي تشبه السيارات ذاتية القيادة

تستفيد هذه الأنواع من الملقحات الروبوتية من تقنية الكشف عن الضوء وتحديد المدى (LIDAR) في البداية. تستخدم الليزر أولاً لإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للبيت الزجاجي لتحديد مسارها. تتحرك عبر صفوف البيت الزجاجي للوصول إلى أكبر عدد ممكن من الأزهار باستخدام ذراعها وتلتقط خرائط ثلاثية الأبعاد ذات دقة أعلى للمحاصيل. بمجرد أن تحدد أو تتعرف على الأزهار الجاهزة للتلقيح، تنتقل إلى المرحلة التالية.

تستخدم فرشاة صغيرة مطبوعة ثلاثية الأبعاد من شعيرات بولي يوريثان مرنة في نهاية ذراعها لتمشيط الزهور بلطف. ينتج عن ذلك نقل حبوب اللقاح من الأعضاء التناسلية الذكرية، ويبدأ التلقيح. تساعد ذاكرة الروبوت على تذكر النباتات التي تم تلقيحها بالفعل حتى لا يكرر العملية ويُنجز المهمة بأسرع ما يمكن.

التلقيح الروبوتي باستخدام طائرات بدون طيار مدعومة بالذكاء الاصطناعي

نهج آخر للتلقيح الروبوتي يعتمد على الاستفادة من الطائرات الصغيرة بدون طيار. يستخدم برنامجًا مدعومًا بالذكاء الاصطناعي لتوجيه هذه الطائرات للتعرف على قياس السمات الحيوية للمزارعين. تطير هذه الطائرات بالقرب من النباتات وتستخدم حساسات الكاميرا لالتقاط المعلومات المطلوبة. وعندما تكون الظروف الجوية داخل البيت الزجاجي مثالية للتلقيح، تبدأ الطائرات بإحداث اضطراب في الهواء حولها. يسبب الهواء المهتز اهتزاز الأزهار، مما يؤدي في النهاية إلى سقوط حبوب اللقاح منها ويبدأ التلقيح.

ملقحة النانو روبوت

طور باحثون من جامعة تامبيري في فنلندا نوعًا من ملقحات النانو روبوت التي تعمل على مبدأ الروبوتات الهوائية القائمة على تجميع المواد الحساسة للضوء. بعبارة أخرى، هذه روبوتات طائرة تعتمد على تجميع مواد حساسة للضوء.

يعمل الضوء كآلية تحكم لهذه الروبوتات، التي تستهدف المناطق التي تحتاج إلى التلقيح. أثبتت هذه الطريقة فعاليتها في توزيع البذور الاصطناعية المحملة بحبوب اللقاح بدقة. كل بذرة اصطناعية مزودة بمشغل مرن مصنوع من مطاطات البلورات السائلة الحساسة للضوء، والتي تجعل الشعيرات تفتح أو تغلق عند تعرضها للضوء المرئي.

يسمح استخدام الضوء أيضًا لملقحات الروبوتات بتغيير شكل هيكل الروبوت الناعم، مما يتيح لها التكيف مع قوة واتجاه الرياح. على الرغم من أنها ليست متاحة بعد للتصنيع الضخم، لا يزال هذا التقنية الروبوتية تحتاج إلى مزيد من الصقل في قدراتها على هبوط البذور.

ملقحات الروبوتات الأرضية المتجولة: منافس محتمل في مجال حلول الزراعة العمودية

قام مطورو التكنولوجيا أيضًا بتقديم ملقحات روبوتية أرضية متجولة تتحرك بين صفوف النباتات، وتطلق نبضات هوائية لتسهيل التلقيح. وعلى الرغم من أنها لا تزال في مرحلة تطوير تتطلب مشغلين بشريين لإدارة حركة الروبوتات بين الصفوف عبر جهاز لوحي، فقد حققت هذه الآلات بالفعل مستوى مقبولًا من الاستقلالية. يعتقد المطورون أن هذه الروبوتات قد تصبح قريبًا فعّالة في إعدادات الزراعة العمودية.

يمكن أن تكون فوائد استخدام الملقحات الروبوتية في الزراعة العمودية متعددة.

الملقحات الطبيعية، بغض النظر عن فعاليتها من حيث التكلفة والكفاءة، يمكن أن تنشر الفيروسات. غالبًا ما تستخدم الزراعة التقليدية النحل المنتج تجاريًا كملقحات طبيعية. يحمل هذا النحل خطر الهروب من البيئات المتحكم فيها في البيوت الزجاجية وإصابة مجموعات النحل البرية، مما قد يزيد من مشكلة حادة بالفعل: انخفاض أعداد الحشرات، التي يُعزى إلى تغير المناخ، التحضر السريع، واستخدام المبيدات.

يمكن للملقحات الروبوتية المساعدة في إيقاف انتشار هذه العدوى. كما أنها فعّالة للغاية عند التنقل في بيئات منظمة وتجنب الطقس غير المتوقع ودرجات الحرارة.

الشركات في مجال الملقحات الروبوتية

نظرًا لأن أكثر من 75٪ من محاصيل الغذاء العالمية تعتمد، إلى حد ما، على التلقيح بواسطة الحشرات والحيوانات الأخرى، تعمل الشركات بحماس على تطوير الملقحات الروبوتية، بما في ذلك:

1. Arugga

تُنشئ هذه الشركة، التي جمعت حتى الآن 5.8 مليون دولار، روبوتات مدعومة بالذكاء الاصطناعي تستخدم الرؤية الحاسوبية، التي تم تطويرها عبر منصة NVIDIA (NVDA ) Metropolis، لتحديد الأزهار الجاهزة للتلقيح ثم بدء العملية عن طريق إطلاق نبضات هوائية عليها.

بينما أداء الروبوتات يوازي أداء النحل الطنان، وفي بعض الحالات يتفوق بنسبة تصل إلى 5٪، فإنه يأتي أيضًا مع القدرة على جمع وتحليل البيانات على طول الطريق.

أظهرت روبوتات Arugga تحسينات في الغلة تصل إلى 20٪ دون التضحية بالجودة. يعمل الروبوت الأرضي المتجول الخاص بها، بولي، مع الفراولة، والتوت الأزرق، والطماطم، وغيرها من المحاصيل.

مؤخرًا، حولت الشركة بيتًا زجاجيًا مساحته 4.6 هكتارًا تملكه شركة Agrifutura الفنلندية إلى أول منشأة في العالم تستخدم تقنية التلقيح الروبوتي بالكامل.

2. Yamaha Motor

لطالما كانت Yamaha Motor لاعبًا في تحديث الزراعة وتعمل على حلول لمواجهة تراجع وتقدم عمر السكان الزراعيين في اليابان. قامت الشركة بتطوير مروحيات غير مأهولة للاستخدام الصناعي، وطائرات بدون طيار زراعية، ومركبات دعم ذات توجيه تلقائي، وأذرع روبوتية، وأكثر من ذلك.

في ديسمبر 2022، صرحت Yamaha: “نحن نطور مركبات ستكون جاهزة على الفور للاستخدام في التقليم، التلقيح، تقليل كثافة الثمار، الحصاد، وغيرها من المهام في مثل هذه البساتين.” قبل بضع سنوات، استثمرت شركة تصنيع يابانية 10 ملايين دولار في Robotics Plus، التي تطور مركبات غير مأهولة متعددة الاستخدامات وملقحات روبوتية، ومحاصيل، وأنظمة تعبئة.

تتداول أسهم Yamaha Motor (YAMHF) حاليًا عند 25 دولارًا، بارتفاع قدره 9.29٪ منذ بداية العام، مع عائد توزيعات أرباح بنسبة 3.79٪ ومعدل سعر إلى ربح (TTM) يبلغ 6.20.

3. Edete Precision

تُنشئ هذه الشركة الناشئة في مجال التكنولوجيا الزراعية ملقحات روبوتية وتقدم التلقيح الاصطناعي كخدمة (APaS). من خلال تعزيز التلقيح بالرياح، زادت Edete Precision من الغلات في بستان فستق بولاية كاليفورنيا بنسبة 24٪. تقوم ملقحة الشركة الروبوتية 2BeTM بإجراء التلقيح الاصطناعي عن طريق توزيع كميات دقيقة ومُدارة من حبوب اللقاح الصغيرة خلال موسم الإزهار. تركز الشركة حاليًا على الفستق، وتطمح Edete إلى الانتقال إلى اللوز، والكرز، والأفوكادو.

4. HarvestX

بعد جمع 150 مليون ين حتى الآن، تطور شركة HarvestX اليابانية تقنيات الروبوتات والذكاء الاصطناعي لحل المشكلات المتعددة الموجودة في صناعة الزراعة. يشمل ذلك التلقيح الآلي للفراولة باستخدام الروبوتات.

قامت الشركة بتطوير تقنية تعلم آلي تستخدم نماذج ثلاثية الأبعاد وصور مُصوَّرة لتوليد بيانات مُشرفة حول اتجاه الزهرة. من خلال تطبيق شبكة عصبية، تستخرج ميزات سلوك التلقيح لدى النحل ثم تطبقها على خوارزميات التلقيح.

الملقحات الروبوتية في الزراعة العمودية: ما الذي يحمله المستقبل

لكي تحقق الملقحات الروبوتية إمكاناتها الحقيقية، من الضروري القيام بالمزيد من العمل لتوسيع نطاقها. يجب أن تُظهر فعاليتها عبر مجموعة متنوعة من سيناريوهات إنتاج المحاصيل. مع الأخذ في الاعتبار أن كل نبات أو محصول له تعقيداته الخاصة، يواجه المطورون تحديًا في تكييف هذه التقنيات للمحاصيل التي تتطلب طرق تلقيح مختلفة.

تتفاقم الطبيعة الحساسة لهذا العمل بسبب المخاطر المرتبطة بالتوجيه عن بُعد للحلول الميكانيكية، التي قد تتسبب في إضرار النباتات. قد يكون حل لتقليل هذا الخطر هو أن تعمل الملقحات مع مجموعات من النباتات أو المحاصيل، مما يتطلب دقة أقل. من ناحية أخرى، قد يكون التركيز الفردي على المحاصيل، خاصة تلك التي تحتاج إلى تلقيح دقيق، أكثر تحديًا بسبب احتمال اضطراب تدفق الهواء لعملية التلقيح.

التعاون مع خبراء مثل علماء الحشرات والعلماء الزراعيين أمر أساسي لجعل هذه الحلول الروبوتية أكثر مرونة وتكيفًا. على الرغم من هذه الجهود، فإن التنوع الواسع للمحاصيل والفواكه والخضروات الضرورية لاستهلاكنا اليومي يعني أن هناك ما زال الكثير من العمل المتبقي.

علاوة على ذلك، يجب أن تتكيف هذه الحلول الروبوتية مع الظروف المتغيرة التي يسببها تغير المناخ للحفاظ على الكفاءة. القدرة على تحمل التكاليف هي عامل حاسم آخر؛ فأسعار أكثر إمكانية الوصول ستقلل من حواجز الدخول في الصناعة الزراعية التنافسية والمتطورة باستمرار.

مستقبل الملقحات الروبوتية مرتبط ارتباطًا وثيقًا بنمو الزراعة العمودية. بينما لا يرى العديد من الخبراء بعد الزراعة العمودية كبديل للزراعة التقليدية، فإنهم يعترفون بجدواها في زراعة المحاصيل بفعالية في مساحات محدودة. إذا بدأت الزراعة العمودية في تكملة الأساليب التقليدية بشكل كبير، فإن فرص الملقحات الروبوتية ستتوسع، مما يمهد الطريق للابتكارات المتنوعة في هذا المجال.

انقر هنا لتعرف كيف تغير الروبوتات الزراعة كما نعرفها اليوم.