Droner indsamler DNA fra trætoppene i en ny tilgang til bevaringsindsatser

For at have et sundt økosystem har vi brug for biodiversitet, da den understøtter alt liv på Jorden, inklusive mennesker. Uden en variation af mikroorganismer, planter og dyr kan vi simpelthen ikke have et balanceret miljø.

Biodiversitet leverer økosystemtjenester såsom ren luft, ferskvand og oversvømmelsesstyring, som er afgørende for menneskers velbefindende. Den understøtter også fødevaresikkerhed, hjælper med kulstoflagring, afgiftning og nedbrydning af affald, øger organismers modstandsdygtighed og hjælper med at regulere sygdomme. Generne i planter og dyr bruges endda til at udvikle medicin og farmaceutiske produkter.

Så det er tydeligt, at vi har brug for en bedre forståelse af biodiversitet. Et kraftfuldt værktøj til at studere biodiversitet i skove og trætoppe er analysen af miljø‑DNA (eDNA). Dog er indsamling af eDNA‑prøver ikke let i så høje og komplekse miljøer.

Traditionelt er arbejdsintensive metoder som trærulning eller overfladesvæbning blevet brugt til at udføre opgaven. At stole på satellitbilleder eller bruge kraner til at studere områder krævede ikke kun betydelige anstrengelser for at opnå tilstrækkelig dækning, men manglede også præcision.

Men ikke længere. Droner er klar til at transformere situationen ved at levere nærbilleder, højopløselig billeddannelse og datainsamlingskapaciteter.

A new study proposed using unmanned aerial vehicles (UAVs) to explore biodiversity in treetops, specifically in remote and inaccessible areas. This means drones will perform the job safely without requiring people to go to hard-to-reach areas like tropical rainforests to collect genetic material from treetops while helping us get a deeper understanding of biodiversity.

Indsamling af eDNA ved hjælp af droner

eDNA findes i biologiske stoffer såsom slim, afføring og døde hudceller og har i flere årtier været brugt til at undersøge biodiversitet. Bruges til at katalogisere og overvåge biodiversitet, hjælper DNA-spor forskere med at bestemme, hvilke arter der er til stede i et bestemt område.

Tidligt sidste år brugte forskere fra ETH Zurich forskningsinstitut brugte denne teknik for at finde ud af præcis hvilke arter, der bruger skovens baldakin til at bygge deres hjem.

For at bygge denne specielle drone, der har evnen til selv at indsamle prøver på trægrene, samarbejdede forskere ved ETH Zurich sammen med dem fra det schweiziske føderale forskningsinstitut WSL med virksomheden SPYGEN.

Flyet blev udstyret med klæbende strimler på bunden. UAV’en blev forsigtigt placeret på grenene, og når generelt materiale blev overført fra grenene til disse klæbemidler, blev det analyseret.

Men grenene varierer i deres tykkelse og elasticitet. Og at få flyet til at nærme sig en gren og forblive stabil for at tage prøver med succes viste sig at være en stor udfordring for forskerne.

“At lande på grene kræver kompleks kontrol.”

– Stefano Mintchev, professor i miljørobotik ved ETH Zurich og WSL på det tidspunkt

Så udstyrede teamet dronen med et kraftfølsomt bur, som gjorde det muligt for flyet at måle grenens fleksibilitet og bruge det til at bevæge sig. Enheden blev derefter testet på syv træarter, og prøverne indeholdt DNA fra 21 forskellige grupper af organismer, herunder fugle, insekter og pattedyr.

Selvom dette er et lettere, hurtigere og sikrere alternativ til at sende biologer højt op i trætoppene, er selv denne metode ikke helt risikofri.

Når dronen bruges, er der risiko for ikke kun at beskadige træet, men også dronen selv i tilfælde af en utilsigtet hård kollision. Derudover er der begrænsningen, at prøver kun kan indsamles fra de grene, hvor dronen lander. Så selvom resultaterne har været “opmuntrende”, måtte dronen forbedres.

Et forbedret system til at studere biodiversitet

Nu har forskere fra ETH Zurich skabt et nyt, specialdesignet robotsystem. Denne nye tilgang for UAV’er til at indsamle eDNA i træbaldakiner bruger en overfladesvæbningsmetode.

Ledet af Steffen Kirchgeorg, en robotik PhD‑studerende ved ETH Zurich, udviklede undersøgelsen et prøvetagningssystem med en flad stofprobe. Stykker af fleeceklæde er faktisk skåret i en cirkel, meget ligesom en kaffefilter, og fastgjort med glasfiberstrimler for at give struktur.

Proben sænkes ned på en snor fra et løfteudstyr monteret på quadcopterens underside. På denne måde holdes dronen væk fra vegetationen.

Dronen var også udstyret med en sensor, der forhindrer snoren på proben i at vikle sig omkring grene. Forskerne programmerede systemet til automatisk at skifte position, når der registreres et sammenstød.

Måden det fungerer på er, at UAV’en svæver sikkert over trætoppene. Proben sænkes derefter gennem løvet, hvor den gnider mod blade og grene. Når eDNA er indsamlet, kan proben fjernes, så indholdet kan analyseres efterfølgende.

Eksperimentet blev udført i en regnskov i Sydøstasien, hvor dronen blev fjernstyret af Kirchgeorg og kolleger via en live‑feed fra dens ombordkamera. Dronen blev fløjet uden for synslinjen for at indsamle ti prøver fra skovbaldakinen.

Effektiviteten af den nye tilgang blev demonstreret under XPRIZE Rainforest Semi‑Finals, hvor teamet afslørede, at de fandt eDNA fra 152 forskellige arter i disse prøver, hvoraf de fleste tilhørte edderkopper og insekter.

Teamet fandt endda eDNA fra den langhalede makak sammen med termitarter, flere myrer og gallmidgen, som er en type flue.

“Hvis vi vil have folk til at beskytte naturen, skal vi fortælle dem, hvad vi faktisk beskytter — med vores løsning håber vi at forstå livet i baldakinen bedre.”

– Hovedforfatter Kirchgeorg

Dette alternative til at studere biodiversitet i fjerntliggende levesteder er ifølge teamet kritisk for bevarings‑ og genopretningsinitiativer. I næste skridt vil teamet fokusere på at undersøge, hvordan penetrationsdybde, probe‑interaktion med vegetation og prøvetagningsvarighed påvirker DNA‑koncentrationen i prøverne.

Revolutionen af droner

Droner, som også er kendt som ubemandede luftfartøjer (UAV’er) fordi de opererer uden en menneskelig pilot ombord, har vokset betydeligt i løbet af det sidste årti og bliver hurtigt en integreret del af mange industrier.

Drevet af denne efterspørgsel forventes drone‑teknologimarkedet at vokse fra $33,9 milliarder i 2023 til $61,2 bln in 2029.

Disse flyvende robotter kommer i forskellige størrelser og styres enten fjernbetjent eller via forudprogrammerede algoritmer ved hjælp af kameraer, sensorer, GPS‑systemer og kommunikationslink.

De leverer omkostningseffektive løsninger til virksomheder gennem deres varierede kapaciteter, som omfatter realtidsbilled‑ og videooptagelse, overvågning, kortlægning og leveringsservice. Brugen af de nyeste teknologier som AI har yderligere udvidet dronernes mange funktioner, hvilket muliggør informeret og rettidig beslutningstagning, avanceret dataanalyse og autonome operationer.

Alle disse droners kapaciteter gør dem særligt gavnlige til at hjælpe forskere med at observere artsadfærd, migrationsmønstre og økosystemændringer uden at forstyrre dyrelivet.

Samtidig gør det faktum, at disse flyvende robotter nemt kan navigere i tætte skove og nå trætoppene, som ellers er utilgængelige, det muligt for forskere at indsamle data om plantearter for første gang. Ved at holde dem i drift over tid kan ændringer overvåges i årevis for at indsamle langsigtede data, der kan hjælpe med at studere og forudsige virkningerne af klimaforandringer eller skovrydning.

Dette er dog kun et af mange tilfælde af droneanvendelse. Nogle af de innovative anvendelser af droner ses i landbruget, hvor disse UAV’er hjælper med at overvåge afgrødehelse, opdage skadedyr, styre vanding og optimere udbytte.

Udover at revolutionere landbruget med præcisionslandbrugsteknikker kan droner også anvendes i katastrofeudsatte områder til søge‑ og redningsmissioner, levering af nødvendige forsyninger og vurdering af skader. I nødsituationer som skovbrande, orkaner og jordskælv kan disse droner være uundværlige på grund af deres evne til hurtigt at navigere i farlige områder uden at bringe liv i fare.

Andre industrier, hvor droner i stigende grad anvendes, omfatter levering, inspektion af svært tilgængelig infrastruktur såsom broer og rørledninger samt oprettelse af detaljerede 3D‑modeller af byggepladser eller miner.

Alle disse eksempler viser dronernes udvikling fra at være en nyhed, primært brugt af hobbyister eller i militæret, til nu at gennemtrænge forskellige sektorer fra sundhedspleje, byggeri og miljøovervågning til pizza‑ og medicinlevering, forsyningskæde, flyvedligeholdelse og mere.

Den voksende brug og popularitet af droner drives af teknologiske fremskridt. For eksempel er AI‑ og ML‑algoritmer nu i stigende grad integreret i indlejrede systemer for at gøre disse maskiner mere effektive og smartere.

Der findes også lavstrøm, højtydende mikrokontrollere og processorer, som resultat af innovationer inden for halvlederteknologi. Disse fremskridt øger dronernes effektivitet og holdbarhed ved at levere mere beregningskraft samtidig med, at de forbruger mindre energi.

Andre vigtige fremskridt, der hjælper med at udvide droneanvendelser, har været trådløse kommunikationsteknologier som 5G og IoT for at muliggøre hurtigere og mere pålidelig dataoverførsel samt realtidsoperativsystemer (RTOS) for præcis timing og opgavestyring.

Alle disse teknologiske fremskridt har betydeligt forbedret dronernes ydeevne og kapaciteter, hvilket hjælper med at drive deres anvendelse i bredere felter.

Virksomheder, der udvikler drone-løsninger

Lad os nu se på virksomheder, der er i frontlinjen inden for udvikling af droneteknologi.

DJI er den dominerende kraft i droneindustrien og leverer et bredt udvalg af forbruger-, professionelle og industrielle droneløsninger, som bruges inden for landbrug, kortlægning og inspektion af infrastruktur.

Boeing (BA ) er et andet navn for udvikling af højtydende droner til forsvars- og kommercielle formål, mens Northrop Grumman (NOC ) er involveret i udviklingen af UAV’er som RQ‑4 Global Hawk. Lockheed Martin (LMT ) er endnu en forsvars­gigant, der er involveret i droneteknologi, mens Kratos Defense & Security Solutions (KTOS ) udvider sig til kommercielle sektorer.

Hvis vi ser på landbrugsindustrien, fokuserer Draganfly (DPRO ) droneteknologi på AI‑drevne analyser, kortlægning og nødhjælpssystemer. AgEagle Aerial Systems (UAVS ) skaber dronebaserede løsninger til miljøovervågning, mens Parrot er en stor europæisk dronproducent til brug i præcisionslandbrug, 3D‑kortlægning og biodiversitetsforskning.

Tid til at dykke dybere ned i et par fremtrædende navne:

#1. AeroVironment, Inc.

En leder inden for droneteknologi, AeroVironment (AVAV ) specialiserer sig i UAV’er til militære og kommercielle anvendelser, herunder miljøovervågning og landbrug.

Handlet til $209 på tidspunktet for skrivning, er prisen på AeroVironment‑aktier steget 65 % i år, hvilket bringer virksomhedens markedsværdi til $5,865 milliarder. Den har en EPS for de seneste tolv måneder (TTM) på 2,12, en P/E (TTM) på 98,08 og en ROE (TTM) på 8,30 %.

For Q2 2024 rapporterede virksomheden $189,5 millioner i omsætning, en stigning på 24,4 % år for år. Det ikke‑GAAP overskud på $0,89 pr. aktie var derimod faldet fra $1 pr. aktie i samme kvartal sidste år. Dens frie cash flow ved kvartalets slutning var $22,92 millioner.

Den “rekordhøje første kvartalsomsætning” kommer, mens droneproducenten fokuserer på at blive en milliardvirksomhed i de næste tre til fem år, op fra $717 millioner i omsætning i regnskabsåret 2024.

Dens produkt, Switchblade, er centralt for disse ambitioner, som er en loitering‑munition brugt af både russerne og ukrainere. AeroVironment arbejder i øjeblikket på at overvinde forstyrrelser med de nyeste modifikationer, hvilket sammen med bedre træning vil øge Switchblade’s effektivitet over 80 %.

For nylig tildelte den amerikanske hær virksomheden sin største nogensinde kontrakt, værd op til $990 millioner, for at dække Switchblade‑indkøb frem til 2029. I maj gav Pentagon også AeroVironment en kontrakt om at bygge Switchblades til sit Replicator‑projekt. Det er ikke alt, selv Storbritannien, Litauen og Frankrig har købt Switchblades. Ifølge AeroVironment søger mere end 20 lande at købe dette fly.

#2. Trimble Inc.

Trimble tilbyder geospatiale og landbrugsmæssige droneløsninger, der hjælper med datainsamling, jordforvaltning og 3D‑kortlægning. Deres teknologier spiller en kritisk rolle i præcisionslandbrug og byggeovervågning. Deres løsninger omfatter Trimble Geospatial, som fokuserer på informationsudveksling og produktive arbejdsgange, Trimble Agriculture, som tilbyder en FAST‑app, der hjælper brugere med at finde den rette præcisionslandbrugsproduktkombination til deres landbrugsbehov, og Trimble Reality Capture, som leverer 360‑graders billeder og punkt‑skyer.

Handlet til $62,14 på tidspunktet for skrivning, er prisen på Trimble‑aktier steget 16,82 % i år, hvilket bringer virksomhedens markedsværdi til $15,175 milliarder. Den har en EPS for de seneste tolv måneder (TTM) på 6,13, en P/E (TTM) på 10,14 og en ROE (TTM) på 30,34 %.

For Q2 2024 rapporterede virksomheden $2,11 milliarder i årlig tilbagevendende indtægt (ARR), hvilket er en stigning på 14 %, mens bruttoavance var 66,5 % og en udvidet EBITDA‑margin på 24,6 %. 75 % af Trimbles omsætning kom fra softwaretjenester, og virksomheden lagde vægt på fokus på AI‑løsninger, industriens skala og de tidlige faser af monetisering. Trimble delte også planer om at genoptage aktietilbagekøb. Samtidig står virksomheden over for udfordringer på de kinesiske og japanske markeder og ser langsom indtægtsgenkendelse på bilmarkedet.

Denne måned udvidede Trimble sit mangeårige joint venture med Caterpillar Inc. (CAT ) for distribution af grade control‑løsninger. Tidligere i år, i februar, introducerede Trimble og DroneDeploy førsteklasses positionsnøjagtighed for realitetsoptagelse fra droner, hvilket vil gøre det muligt for operatører at “levere yderst præcise kort” hurtigere og mere konsistent, “så droner kan bruges i præcisions‑geospatiale anvendelser”.

Konklusion

Brugen af droner til at indsamle eDNA i områder, der praktisk talt er utilgængelige for mennesker, markerer endnu en spændende anvendelse af UAV’er og et betydeligt skridt fremad i miljøbevaringsindsatsen. Ved at levere detaljerede biodiversitetsdata, mens behovet for menneskelig adgang til farlige steder fjernes, muliggør droner hurtigere, sikrere og mere omfattende overvågning af økosystemer.

Allerede har teknologiske innovationer udvidet droneanvendelser til en bred vifte af industrier, herunder logistik, landbrug, forsvar og miljøovervågning. Nu er de klar til at omforme biodiversitetsforskningen, som kan hjælpe os med at tackle virkningerne af klimaforandringer og lede vores indsats for at beskytte planetens biodiversitet, som er kritisk for mennesker, miljøet og økonomien.

Klik her for en liste over de fem bedste dronevirksomheder at investere i.