Kan robotbestøvere spille en rolle i vertikal landbrug?

Artiklen fra 2023 henviste til en prognose, hvor markedet for vertikalt landbrug skulle vokse fra 5,6 milliarder dollar til 35 milliarder dollar i 2032. Det svarer til cirka 6,25 gange udgangsværdien. Det var en daværende markedsprognose. Innovation og avanceret teknologi kan støtte udviklingen, og robotbestøvning er en mulig anvendelse.

For at forstå robotbestøvernes mulige rolle i vertikalt landbrug begynder vi med en kort forklaring af begge begreber.

Hvad er vertikalt landbrug?

Vertikalt landbrug dyrker afgrøder i stablede lag. Det kan udnytte pladsen bedre, når befolkningen vokser, og egnet landbrugsjord er begrænset eller forringes. Dyrkningen foregår ofte i et kontrolleret miljø med akvaponik, hydroponik eller aeroponik, som ikke kræver almindelig dyrkningsjord.

I dag kan man finde vertikale gårde i bygninger, i skibscontainere og endda under jorden, kendt som Deep Farms.

Vertikalt landbrug kan spare plads og vand og gøre produktionen mindre afhængig af vejret. Det kan mindske behovet for ny landbrugsjord og visse arbejder som pløjning. Miljøgevinsten afhænger dog af helheden, fordi belysning, klimastyring, pumper og automatisering bruger energi. Afgrøder, anlæggets udformning og energikilde er afgørende.

Dickson Despommier var fra 1999 med til at udbrede det moderne koncept for vertikalt bylandbrug. Det var et vigtigt skridt i udviklingen, ikke begyndelsen på alle former for dyrkning i flere niveauer.

Klik her for at lære mere om vertikalt landbrug.

Hvad er robotbestøvere?

Robotbestøvere findes i flere former, blandt andet kørende robotter med arme og eksperimentelle flyvende systemer. De undersøges som støtte, hvor naturlige bestøvere er få eller vanskelige at anvende. Forskere ved West Virginia University har udviklet flere robotkoncepter til formålet.

Et hold ledet af Yu Gu, dengang lektor inden for maskin-, fly- og rumfartsteknik, arbejdede med StickBug: en robot med seks arme til bestøvning i drivhuse. Universitetet præsenterede udviklingsprojektet i 2021. Den ønskede nytte kan beskrives på kort og langt sigt.

Deres umiddelbare formål er at udføre de gentagne, tidskrævende og arbejdskrævende opgaver med blomsterinspektion, kortlægning, bestøvning og udviklingssporing, så landmænd kan fokusere på såning, vanding og skadedyrsbekæmpelse.

På længere sigt er målet at passe planter mere effektivt, støtte fødevareproduktion ved faldende insektbestande og indsamle flere afgrødedata. Yu Gu beskrev robottens arbejde sådan:

“Den kortlægger miljøet, og når robotten har en generel idé om miljøet, vil den opbygge en mere detaljeret kortlægning af planterne og vide, hvor blomsterne er, og hvilken blomst der skal bestøves.”

Med udgangspunkt i disse kapaciteter, lad os undersøge, hvordan robotbestøvere kan bidrage til vertikalt landbrug.

Robotbestøvere: Fordele og ulemper

Robotbestøvere har potentiale til at levere en række fordele for landbrugsindustrien.

Robotter kan arbejde længere og efter mere fleksible planer end manuel bestøvning tillader. Det kan sænke arbejdsomkostninger og støtte udbyttet. Kontinuerlig drift afhænger dog af vedligeholdelse, energi, miljø og blomsternes egnede bestøvningstidspunkt. Afgrødedata kan give dyrkerne et bedre beslutningsgrundlag.

Selvstændig registrering og styring gør det muligt at tilpasse systemerne til bestemte opgaver. Antal og konstruktion kan afstemmes efter afgrøder og bestøvningsbehov. Målrettet bestøvning kan forbedre ressourceudnyttelse og udbytte, hvis metoden er valideret til den konkrete afgrøde.

Med egnede ekstra sensorer kan robotterne også indsamle oplysninger om luft, vand og andre miljøfaktorer. Funktionerne afhænger af systemets udstyr.

Robotbestøvning kan mindske afhængigheden af levende bestøvere i drivhuse. Den bekæmper derimod ikke automatisk skadedyr og fjerner ikke i sig selv behovet for pesticider eller andre plantebeskyttelsesmetoder.

Men selvfølgelig er robotbestøvere ikke uden problemer:

• Robotbestøvning kan være dyr og erstatter ikke uden videre naturlige bestøvere i stor skala. Der findes over 250.000 arter af blomsterplanter med forskellige forhold til deres bestøvere. En metode til én afgrøde fungerer ikke automatisk til andre.
• Anvendelse i stor skala i naturen rejser økologiske spørgsmål. Skader fra invasive fremmede arter illustrerer behovet for at vurdere nye indgreb omhyggeligt; robotterne er ikke dermed selv en invasiv dyreart.
• Afhængighed af ét teknisk system kan øge sårbarheden over for fejl eller cyberangreb. Planternes og pollenkildernes genetiske mangfoldighed er også vigtig for modstandskraft mod sygdomme. Mindre mangfoldighed følger ikke automatisk af robotbestøvning, men afhænger af dyrknings- og bestøvningsvalg.

Udfordringer ved bestøvning i vertikalt landbrug

Vertikalt landbrug vakte store forventninger. Thomas Graham, forsker i dyrkning i kontrolleret miljø ved University of Guelph i Ontario, så mulighed for et væsentligt bidrag til vores kost. Samtidig mødte virksomhederne inflation, stigende energipriser og et stort, løbende elbehov.

Mange vertikale gårde formåede ikke at komme videre end et bestemt udvalg af produkter, som kun omfattede grønne afgrøder, herunder salat og krydderurter, som krævede mindre vand og kunne dyrkes hurtigt ved hjælp af hydroponik.

Vertikalt landbrug kan bidrage mere til fødevareforsyningen ved at udvide afgrødeudvalget. Frugtbærende afgrøder, som kræver bestøvning, skal da have en egnet metode, naturlig, manuel eller mekanisk. Ikke alle dyrkede afgrøder har behov for dyrebestøvere.

Den USDA-publikation, som artiklen henviser til, understreger dyrebestøvernes betydning. Andelen 35% gælder den globale produktionsvolumen fra afgrøder, der afhænger af bestøvere, ikke 35% af alle afgrødetyper. Artiklen nævner også omkring 75% af blomsterplanterne. Bier er vigtige — i USA findes omkring 4.000 hjemmehørende biarter — men også hvepse, natsværmere, fluer, sommerfugle, fugle og flagermus kan bestøve.

Naturlige bestøvere kan have vanskeligt ved at arbejde under kunstigt lys og i lukkede dyrkningsmiljøer. Afgrøden og typen af bi påvirker også resultatet. Håndbestøvning er mulig, men kan blive dyr på grund af tidsforbrug og arbejdskraft.

Hvordan robotbestøvere tackler disse udfordringer

Der findes flere tekniske metoder. Nogle anvendes kommercielt, mens andre stadig er forskningsprototyper.

Robotbestøvere, der ligner selvkørende biler

Kørende forskningsrobotter kan bruge lidar til at danne et tredimensionelt kort over drivhuset og navigere mellem rækkerne. Kameraer hjælper med at lokalisere planter og blomster i detaljer. Armen føres derefter mod blomster, som er klar til bestøvning.

Ved en kontaktbaseret metode stryger en lille børste med fleksible polyurethanhår i armens ende forsigtigt over blomsten. Pollen overføres fra blomstens hanlige til hunlige dele. En database registrerer behandlede blomster, så unødvendige gentagelser undgås.

Robotbestøvning, der udnytter AI-drevne droner

En anden metode bruger små droner og AI til at genkende og måle afgrøders egenskaber. Kameraer indsamler oplysninger, mens dronerne flyver tæt på planterne. Under egnede forhold kan luftstrømmen få blomster til at vibrere og frigive pollen. Metoden skal passe til afgrødens blomsterbygning og bestøvningsmekanisme.

En lysstyret blød flyverobot som forskningskoncept

Tampere University præsenterede i 2023 FAIRY: en let, mælkebøttefrølignende blød robot, som bæres af vinden og kan styres med lys. Det var en demonstration af en flyvende materialestruktur, ikke en dokumenteret bestøvningsrobot i nanoskala.

Det kunstige frø har en blød aktuator af lysfølsom flydende krystalelastomer. Synligt lys får hårene til at åbne eller lukke. Forskerne så fremtidige muligheder for at transportere pollen og styre det mod et område, men havde endnu ikke vist præcis landbrugsbestøvning med pollenbærende frø.

Lys kan ændre formen og dermed påvirke reaktionen på vinden samt start og landing. I 2023 manglede der blandt andet løsninger til præcis landing, genbrug og biologisk nedbrydelighed. Masseproduceret bestøvning var derfor ikke en færdig anvendelse.

Kørende bestøvningsrobotter: muligheder for vertikalt landbrug

Andre robotter kører mellem planterækker og udsender luftpulser, som får blomsterne til at vibrere. I de beskrevne systemer håndterede en operatør blandt andet skift mellem rækker via tablet ved siden af autonome funktioner. Udviklerne så muligheder for yderligere brug i kontrollerede dyrkningsmiljøer.

Fordelene ved at bruge robotbestøvere i vertikalt landbrug kan være mange.

Naturlige bestøvere kan bære og sprede virus. Kommercielt opdrættede bier bruges i landbruget og kan i visse tilfælde overføre smitstoffer mellem drivhuse og vilde bestande. Det er en mulig belastning ud over blandt andet tab af levesteder, klimaændringer og pesticidanvendelse.

Robotbestøvning kan mindske visse risici ved kommercielle bisamfund. Kontaktrobotter kan dog selv kræve hygiejnerutiner. Strukturerede drivhuse gør navigation mere forudsigelig og beskytter mod en del vejrpåvirkning.

Virksomheder inden for robotbestøverområdet

Omkring tre fjerdedele af de vigtigste afgrødetyper har i et vist omfang gavn af dyrebestøvning. Det er ikke tre fjerdedele af den samlede fødevarevolumen. Blandt virksomhederne, som udvikler bestøvningssystemer, er:

1. Arugga

Arugga bygger robotter, som identificerer blomster med computervision og får dem til at vibrere med luftpulser. Virksomheden bruger NVIDIA (NVDA ) Metropolis-platformen. Artiklen nævnte dengang 5,8 millioner dollar i rejst kapital; det er en historisk rapporteret oplysning, ikke et aktuelt finansieringsbeløb.

NVIDIA beskrev i 2021 resultater på niveau med humlebibestøvning og i visse tilfælde op til 5% bedre. Det var rapporterede forsøgsresultater, ikke en generel udbyttegaranti. Robotterne kan desuden indsamle og analysere data.

Ifølge samme kilde rapporterede Arugga op til 20% større udbytte end ved manuel bestøvning i Australien uden kvalitetstab. Det er en anden sammenligning end den med humlebier. Polly blev anvendt kommercielt til drivhustomater; jordbær, blåbær og andre afgrøder var udviklingsmuligheder, ikke alle dokumenterede kommercielle anvendelser.

Artiklen rapporterede i 2023, at Agrifuturas finske tomatdrivhus på 4,6 hektar helt var overgået til robotbestøvning, hvilket virksomheden præsenterede som en verdenspremiere. En tidligere virksomhedsmeddelelse beskrev aftalen om at indføre robotterne der.

2. Yamaha Motor

Yamaha Motor har længe arbejdet med modernisering af landbruget og løsninger til Japans faldende og aldrende gruppe af landmænd. Teknologien omfatter ubemandede industrihelikoptere, landbrugsdroner, automatisk styrede støttekøretøjer og robotarme.

I december 2022 beskrev Yamaha udviklingen af køretøjer til beskæring, bestøvning, frugtudtynding, høst og andre opgaver i plantager. Yamaha investerede to millioner dollar i newzealandske Robotics Plus i december 2017 og yderligere otte millioner i november 2018, i alt ti millioner. Robotics Plus udviklede blandt andet ubemandede jordkøretøjer, bestøvningsrobotter samt høst- og pakkesystemer.

Artiklen angav for Yamaha Motor (YAMHF) en historisk kurs omkring 25 dollar, en stigning siden årets start på 9,29%, et udbytteafkast på 3,79% og et P/E-tal for de seneste tolv måneder på 6,20. Det var artikeloplysninger fra 2023, ikke aktuelle børsdata.

3. Edete Precision

Edete tilbyder kunstig bestøvning som tjeneste. I et forsøg i en californisk pistacieplantage i 2021 rapporterede virksomheden i gennemsnit 24% større udbytte sammenlignet med kontrolgrupper som supplement til vindbestøvning. Systemet 2Be fordeler nøje regulerede små pollenmængder under blomstringen. Artiklen beskrev fokus på pistacie og daværende planer for mandler, kirsebær og avocado.

4. HarvestX

Japanske HarvestX udvikler robotik og AI til blandt andet automatisk bestøvning af jordbær. Virksomheden offentliggjorde en finansieringsrunde på 150 millioner yen i marts 2022; det er ikke nødvendigvis summen af al tidligere finansiering. Oplysningen hører til den historiske udviklingsfase i artiklen.

HarvestX bruger 3D-modeller og renderede billeder til at skabe træningsdata om blomsternes retning. Virksomheden analyserer også biers adfærd med neurale netværk og bruger relevante bevægelsesmønstre i bestøvningsalgoritmer. Det er beslægtede teknikker, ikke én identisk algoritme.

Robotbestøvere i vertikalt landbrug: Hvad fremtiden bringer

For at robotbestøvere kan opnå deres sande potentiale, er mere arbejde med at udvide deres anvendelsesområde afgørende. De skal demonstrere deres effektivitet på tværs af en bred vifte af afgrødeproducerende scenarier. I betragtning af at hver plante eller afgrøde har sine egne kompleksiteter, står udviklere over for udfordringen med at tilpasse disse teknologier til afgrøder, der kræver forskellige bestøvningsmetoder.

Blomster er sarte. Fejlrettede mekaniske bevægelser eller luftstrømme kan skade dem. Behandling af plantegrupper kan forenkle positioneringen, mens afgrøder med behov for meget præcis bestøvning kræver nøje tilpasset individuel behandling.

Samarbejde med entomologer og landbrugsforskere er vigtigt for at gøre robotløsningerne mere fleksible. Den store variation i afgrøder, frugter og grøntsager betyder dog, at der stadig er meget udviklingsarbejde tilbage.

Systemerne skal også kunne tilpasses ændrede forhold som følge af klimaændringer. Lavere priser kan mindske adgangsbarriererne for dyrkerne i en konkurrencepræget landbrugssektor under udvikling.

Robotbestøvning kan udvikle sig sammen med vertikalt landbrug. Dyrkningsformen behøver ikke erstatte traditionelt landbrug fuldstændigt for at være nyttig: den kan producere bestemte afgrøder på lidt plads og supplere andre metoder. En større supplerende rolle giver flere muligheder for egnede bestøvningsteknikker.

Klik her for at lære, hvordan robotteknologi ændrer landbruget, som vi kender det i dag.