Kan robotbestøvere spille en rolle i vertikal landbrug?

Det vertikale landbrugsmarked er på vej mod eksponentiel vækst og udvider sig fra en værdi på 5.6 billion dollars til et forventet 35 milliarder i 2032 — næsten en syvfold stigning inden for et årti. For at udnytte dette voksende marked er innovation og brug af avanceret teknologi afgørende. Robotbestøvere, eller ‘robotic bees,’ fremstår som potentielt transformative i dette område.

Men for at forstå det potentiale, robotbestøvere har for vertical farming, skal vi have en klar idé om, hvad disse kategorier betyder. Vi vil derfor starte diskussionen med korte oversigter over, hvad vertikal landbrug og robotbestøvere betyder.

Hvad er vertikalt landbrug?

Vertikalt landbrug er en landbrugsmethod/teknik til at dyrke afgrøder i lodret stablede lag. Traditionelt landbrug har været horisontalt, med afgrøder dyrket på jordbrugsjord. Men da det frugtbare jordareal på denne planet er konstant, og den globale befolkning stiger kontinuerligt, er vertikalt landbrug opstået som en løsning, primært udført i et kontrolleret miljø med teknikker som akvaponik, hydroponik og aeroponik, der gør jordens nødvendighed i landbruget overflødig.

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

Fordelene ved vertikalt landbrug er mange. Det er mere effektivt, vejrbestandigt og et sundere alternativ set fra perspektivet af miljøbevaringsindsatser. Det kræver ikke skovrydning, som ofte er en forløber for traditionelle landbrugscyklusser, og det kræver heller ikke mange konventionelle landbrugsaktiviteter med højt CO2-aftryk, herunder pløjning, såning og høst med landbrugsmaskiner.

Konceptet med vertikalt landbrug blev introduceret af Dickson Despommier i 1999, hvilket markerede begyndelsen på, hvad der nu er et fremvoksende anvendelsesområde. Det er denne grundlag, der sætter vertikalt landbrug på sin vej til at udvikle sig og diversificere i de kommende år.

Klik her for at lære mere om vertikalt landbrug.

Hvad er robotbestøvere?

Kort sagt ligner robotbestøvere overdimensionerede bier udstyret med hjul og en arm. Denne teknologiske innovation er designet til at tackle det presserende problem med mangel på naturlige bestøvere, såsom bier, hvilket udgør en betydelig udfordring for den globale fødevareproduktion. Som svar på denne udfordring udviklede forskere ved West Virginia University en robotbestøver.

Modellen, der er skabt af Yu Gu, lektor i afdelingen for maskin- og rumfartsingeniør ved universitetet, har en seks-armet robot, der er beregnet til at hjælpe med bestøvning i drivhusmiljøer og kan håndtere en række afgrøder. Formålet med robotbestøvere er todelt.

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 sigter robotbestøveren mod at pleje individuelle afgrøder med optimeret effektivitet, sikre fødevareproduktion i perioder med insektnedgang og levere værdiskabende tjenester såsom sporing af afgrødedata. Diskuterende den operationelle vision for robotbestøveren, sagde Yu Gu:

“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.

Ved at operere 24/7 tilbyder robotbestøvere større effektivitet end mennesker, reducerer arbejdskraftomkostninger og øger fødevareudbyttet. De kan arbejde kontinuerligt, dag og nat, selv under hårde forhold. Desuden giver deres evne til at indsamle og analysere afgrødedata dyrkere præcis kontrol over deres dyrkning, hvilket muliggør mere informerede landbrugsbeslutninger.

Den samme teknologiske snilde, der gør det muligt for disse robotbestøvere at fungere autonomt, muliggør deres tilpasning til specifikke landbrugsopgaver. De kan skaleres op eller ned afhængigt af afgrødens størrelse og bestøvningsbehovene på gårdene. Disse maskiner kan også bestøve specifikke planter eller områder mere præcist end traditionelle metoder, hvilket forbedrer ressourceeffektiviteten og fødevareudbyttet.

Ud over bestøvning kan disse robotter også måle luft, vand og andre miljøfaktorer i realtid, hvilket bidrager til sikrere og mere bæredygtigt landbrug.

Ved at fjerne behovet for pesticider eller andre toksiner tiltaler robotbestøvere landmænd, der ønsker at reducere deres miljøpåvirkning og forbedre deres drift.

Men selvfølgelig er robotbestøvere ikke uden problemer:

• På trods af de seneste teknologiske fremskridt er robotbestøvning dyrt og langt fra at kunne erstatte naturlige bestøvere såsom bier for at befrugte afgrøder effektivt. For ikke at nævne, at der findes over 250.000 arter af blomstrende planter på planeten, og de interagerer alle på unikke måder med pollenvektorer.
• Da fremmede invasive arter forårsager udryddelser og forstyrrer økosystemfunktioner og -tjenester, kan robotbestøvning skade bredere økosystemer.
• At stole på en enkelt bestøver øger sårbarheden gennem svigt af kompleks teknologi eller cyberangreb, hvilket kan føre til alvorlig fødeusikkerhed. Desuden kan reduceret genetisk diversitet påvirke blomsternes evne til at modstå sygdomme og gøre dem mindre sunde.

Udfordringer ved bestøvning i vertikalt landbrug

Vertikalt landbrug startede med stor begejstring. Thomas Graham, en forsker inden for kontrolleret miljølandbrug ved University of Guelph i Ontario, mente, at vertikale gårde “havde potentiale til at bidrage væsentligt til vores kost.” Selvom det startede med store forhåbninger, stod vertikalt landbrug over for sine egne udfordringer. Disse udfordringer omfattede inflation, stigende energipriser, konstant efterspørgsel efter betydelig elektricitet og mere.

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.

For at vertikale landbrugspraksisser skal opnå deres sande potentiale og tage et meningsfuldt skridt mod at løse udfordringerne med fødevaresikkerhed, skal de udvide sortimentet af afgrøder, de kan tilbyde og producere. Denne udvidelse ville ikke være mulig uden hjælp fra bestøvere.

Ifølge en undersøgelse offentliggjort af National Institute of Food and Agriculture, United States Department of Agriculture, afhænger omkring 75 % af verdens blomstrende planter og 35 % af verdens fødevareafgrøder af dyrebestøvere for at producere. Mens bier er den mest fremtrædende type bestøvere – med over 4.000 arter af bier i Amerika – som hjælper med at øge afgrødeudbyttet, omfatter bestøvere også hvepse, natsværmere, fluer, sommerfugle, fugle, flagermus og mere.

Disse naturlige bestøvere har svært ved at udføre deres arbejde i vertikalt landbrug. Domestikerede honningbier, en af de mest populære bestøvere til kommercielt landbrug, har problemer med at navigere under kunstigt lys. Handbestøvning er heller ikke økonomisk levedygtig, da det kræver meget tid, indsats og omkostninger.

Hvordan robotbestøvere tackler disse udfordringer

Der har været mere end én måde, hvorpå robotbestøvere kan fungere. Vi vil se på nogle af de virkelige anvendelsestilfælde, hvor robotbestøvere er blevet implementeret med succes.

Robotbestøvere, der ligner selvkørende biler

Disse typer af robotbestøvere udnytter Light Detection and Ranging-teknologi (LIDAR) som start. De bruger først laser til at skabe et tredimensionelt kort over drivhuset for at finde vej rundt. Den bevæger sig gennem drivhusrækkerne for at nå så mange blomster som muligt med sin arm og indsamler højopløselige, tredimensionelle kort over afgrøderne. Når den lokaler eller identificerer de blomster, der er klar til bestøvning, går den videre til næste fase.

Den bruger en lille, tredimensionelt printet børste med fleksible polyurethanbørster i enden af sin arm til forsigtigt at stryge blomsterne. Dette resulterer i overførsel af pollen fra de mandlige reproduktive organer, og bestøvningen begynder. Robotens hukommelse hjælper den med at huske allerede bestøvede planter, så den ikke gentager sig og får arbejdet udført så hurtigt som muligt.

Robotbestøvning, der udnytter AI-drevne droner

En anden tilgang til robotbestøvning har baseret sig på udnyttelse af mini-droner. Den bruger AI-drevet software til at styre disse droner til at genkende og måle vitale egenskaber ved afgrøderne. Disse droner flyver tæt på planterne og bruger kamerasensorer til at indfange den nødvendige information. Når de atmosfæriske forhold inde i drivhuset er optimale for bestøvning, begynder dronerne at forstyrre luften omkring dem. Den rystede luft får blomsterne til at vibrere, hvilket til sidst ryster pollen ud af dem og starter bestøvning.

Nanorobot-bestøver

Forskere fra Tampere University i Finland har udviklet en type nanorobot-bestøver, der fungerer på princippet om aero-robotik baseret på lysresponsive materialers samling. Med andre ord er dette flyvende robotter baseret på en samling af lysfølsomme materialer.

Lys fungerer som en kontrolmekanisme for disse robotter, som målretter områder, der kræver bestøvning. Denne metode har vist sig effektiv til præcis spredning af kunstige frø, der er belastet med pollen. Hvert kunstigt frø er udstyret med en fleksibel aktuator lavet af lysfølsomme flydende krystal-elastomerer, som får hårene til at åbne eller lukke ved eksponering for synligt lys.

Brugen af lys gør det også muligt for robotbestøvere at ændre formen på den bløde robots struktur, så den kan tilpasse sig kraften og retningen af vinden. Selvom den endnu ikke er tilgængelig for masseproduktion, kræver denne robotteknologi stadig yderligere forfining af dens evne til at lande frø.

Rovende jordrobot-bestøvere: En potentiel konkurrent i vertikalt landbrugs løsningsrum

Teknologiske udviklere har også introduceret jord-rovende robotbestøvere, der bevæger sig mellem rækker af planter og udsender luftpulser for at lette bestøvning. Selvom de stadig er i en udviklingsfase, der kræver menneskelige operatører til at styre robotternes bevægelse mellem rækker via en tablet, har disse maskiner allerede opnået et tilfredsstillende autonominiveau. Udviklerne tror, at disse robotter snart kan blive effektive i vertikale landbrugsopsætninger.

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

Naturlige bestøvere, uanset deres omkostningseffektivitet og effektivitet, kan sprede virusser. Traditionelt landbrug anvender ofte kommercielt producerede bier som naturlige bestøvere. Disse bier bærer risikoen for at undslippe kontrollerede drivhusindstillinger og inficere vilde bistammer, hvilket potentielt forværrer et allerede kritisk problem: den faldende insektbestand, som drives af klimaforandringer, hurtig urbanisering og brug af pesticider.

Robotbestøvere kan hjælpe med at stoppe disse infektioner fra at sprede sig. De er også yderst effektive, når de bevæger sig rundt i strukturerede miljøer og undgår uforudsigeligt vejr og temperaturer.

Virksomheder inden for robotbestøverområdet

Da over 75 % af verdens fødevareafgrøder i mindst en vis grad er afhængige af bestøvning fra insekter og andre dyr, arbejder virksomheder ivrigt på robotbestøvere, herunder:

1. Arugga

Dette firma, som indtil nu har rejst 5,8 millioner dollars, bygger AI-drevne robotter, der bruger computervision udviklet via NVIDIA (NVDA ) Metropolis-platformen til at identificere blomster, der er klar til bestøvning, og derefter starte processen ved at skyde luftpulser på dem.

Mens robotternes ydeevne er på niveau med humlebier og i nogle tilfælde bedre med op til 5 %, giver den også mulighed for at indsamle og analysere data undervejs.

Arugga’s robotter har demonstreret udbytteforbedringer på op til 20 % uden at gå på kompromis med kvaliteten. Dens rovende jordrobot, Polly, arbejder med jordbær, blåbær, tomater og andre afgrøder.

Senest har virksomheden omdannet den finske Agrifutura’s 4,6-hektar drivhus til verdens første facilitet, der fuldt ud udnytter robotbestøvningsteknologi.

2. Yamaha Motor

Yamaha Motor har længe været en aktør i moderniseringen af landbruget og har arbejdet på løsninger til Japans faldende og aldrende landbrugsbefolkning. Virksomheden har udviklet industrielle ubemandede helikoptere, landbrugsdroner, auto-guidede støttekøretøjer, robotarme og mere.

I december 2022 sagde Yamaha: “Vi udvikler køretøjer, der straks er klar til brug i beskæring, bestøvning, frugttynding, høst og andre opgaver i sådanne plantager.” For nogle år siden investerede et japansk produktionsfirma 10 millioner dollars i Robotics Plus, som udvikler generelle UGV’er og robotbestøvere, høstere og pakningssystemer.

Yamaha Motor-aktier (YAMHF) handles i øjeblikket til $25, op 9,29 % år‑til‑dato, med en udbytteafkast på 3,79 % og en P/E (TTM) på 6,20.

3. Edete Precision

Denne agri-tech startup bygger robotbestøvere og tilbyder kunstig bestøvning som en service (APaS). Ved at supplere vindbestøvning øgede Edete Precision udbyttet i en pistacieplantage i Californien by 24%. Virksomhedens robotbestøver 2BeTM udfører kunstig bestøvning ved at distribuere nøje kontrollerede og håndterede mikroskopiske pollenmængder i blomstringsperioden. I øjeblikket fokuserer den på pistacien, men Edete har til hensigt at gå videre til mandler, kirsebær og avocadoer.

4. HarvestX

Efter at have rejst 150 millioner yen indtil nu, udvikler den Japan-baserede HarvestX robotik og AI-teknologier for at løse forskellige problemer i landbrugsindustrien. Dette inkluderer automatiseret bestøvning af jordbær ved hjælp af robotter.

Virksomheden har udviklet en maskinlæringsteknik, der bruger 3D-modeller og renderede billeder til at generere superviseret data om blomsterorientering. Ved at anvende et neuralt netværk udtrækker den funktionerne i biernes bestøvningsadfærd og anvender dem derefter på bestøvningsalgoritmer.

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.

Den skrøbelige karakter af dette arbejde forstærkes af de risici, der er forbundet med fjernstyring af mekaniske løsninger, som potentielt kan beskadige floraen. En løsning til at mindske denne risiko kunne involvere bestøvere, der arbejder med klynger af planter eller afgrøder, hvilket kræver mindre præcision. På den anden side kan individuel opmærksomhed på afgrøder, især dem der kræver præcis bestøvning, være mere udfordrende på grund af den potentielle luftstrøm, der kan forstyrre driften.

Samarbejde med eksperter som entomologer og landbrugsvitere er nøglen til at gøre disse robotløsninger mere fleksible og tilpasningsdygtige. På trods af disse bestræbelser betyder den store mangfoldighed af afgrøder, frugter og grøntsager, der er nødvendige for vores daglige forbrug, at der stadig er et betydeligt arbejde, der skal udføres.

Desuden skal disse robotløsninger tilpasse sig de ændrede forhold, som klimaændringer medfører, for at opretholde effektiviteten. Overkommelighed er en anden kritisk faktor; mere tilgængelige priser vil sænke indgangsbarriererne i den konkurrencedygtige og stadigt udviklende landbrugsindustri.

Fremtiden for robotbestøvere er også tæt forbundet med væksten af vertikalt landbrug. Selvom mange eksperter endnu ikke ser vertikalt landbrug som en erstatning for traditionelt landbrug, anerkender de dets levedygtighed til effektivt at dyrke afgrøder i begrænsede rum. Hvis vertikalt landbrug begynder at supplere traditionelle metoder i betydelig grad, vil mulighederne for robotbestøvere udvide sig og bane vejen for forskellige innovationer på området.

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