Les pollinisateurs robotisés peuvent-ils jouer un rôle dans l’agriculture verticale ?

Le marché agricole vertical est sur le point de connaître une croissance exponentielle, passant d'une valorisation de 5.6 milliards de dollars On prévoit que ce nombre atteindra 35 milliards d'ici 2032, soit près de sept fois plus en une décennie. Pour tirer parti de ce marché en plein essor, l'innovation et l'utilisation de technologies de pointe sont essentielles. Les pollinisateurs robotisés, ou « abeilles robotisées », se distinguent par leur potentiel transformateur dans ce domaine.

Mais pour comprendre le potentiel des pollinisateurs robotiques, agriculture verticale, nous devons avoir une idée claire de ce que signifient ces catégories. Nous commencerons donc la discussion par de brefs aperçus de ce que signifient l’agriculture verticale et les pollinisateurs robotisés.

Qu'est-ce que l'agriculture verticale ?

L'agriculture verticale est une méthode/technique agricole permettant de cultiver des cultures en couches superposées verticalement. L'agriculture traditionnelle était horizontale, les cultures étant cultivées sur des terres agricoles. Cependant, face à la constante croissance des terres fertiles et à la croissance démographique mondiale, l'agriculture verticale est apparue comme une solution, principalement pratiquée en environnement contrôlé grâce à des techniques telles que l'aquaponie, l'hydroponie et l'aéroponie, qui rendent superflu le recours au sol en agriculture. 

De nos jours, nous pouvons trouver des fermes verticales dans des bâtiments, sur des conteneurs maritimes et même sous terre, connues sous le nom de Deep Farms. 

Les avantages de l’agriculture verticale sont nombreux. Il s’agit d’une alternative plus efficace, plus résistante aux intempéries et plus saine du point de vue des efforts de conservation de l’environnement. Cela ne nécessite pas de déforestation, souvent précurseur des cycles agricoles traditionnels, ni de nombreuses activités agricoles conventionnelles à forte empreinte carbone, notamment le labour, la plantation et la récolte par des machines agricoles. 

Le concept d'agriculture verticale a été lancé par Dickson Despommier en 1999, marquant le début de ce qui est aujourd'hui un domaine d'application émergent. C’est ce fondement qui place l’agriculture verticale sur la voie de l’évolution et de la diversification dans les années à venir. 

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Que sont les robots pollinisateurs ?

En bref, les robots pollinisateurs ressemblent à des abeilles surdimensionnées équipées de roues et d'un bras. Cette innovation technologique vise à résoudre le problème pressant de la rareté des pollinisateurs naturels, comme celui des abeilles, qui pose un défi important à la production alimentaire mondiale. En réponse à ce défi, des chercheurs de l’Université de Virginie occidentale ont conçu un pollinisateur robotisé.

Le modèle créé par Yu Gu, professeur agrégé au Département de génie mécanique et aérospatial de l'université, présente un robot à six bras destiné à aider à la pollinisation dans les serres, accueillant une variété de cultures. L’objectif des pollinisateurs robotisés est double.

Leur objectif immédiat est d'effectuer les tâches répétitives, longues et exigeantes en main-d'œuvre d'inspection des fleurs, de cartographie, de pollinisation et de suivi du développement, permettant ainsi aux agriculteurs de se concentrer sur la plantation, l'irrigation et la lutte antiparasitaire.

À long terme, le robot pollinisateur vise à prendre soin des cultures individuelles avec une efficacité optimisée, à assurer la production alimentaire pendant les périodes de déclin des insectes et à fournir des services à valeur ajoutée tels que le suivi des données sur les cultures. Discutant de la vision opérationnelle du robot pollinisateur, Yu Gu a déclaré :

"Il cartographie l'environnement, et une fois que le robot aura une idée générale de l'environnement, il établira une cartographie plus détaillée des plantes et saura où se trouvent les fleurs et quelle fleur doit être pollinisée."

En tenant compte de ces capacités, examinons comment les pollinisateurs robotisés peuvent contribuer à l’agriculture verticale.

Avantages et inconvénients des pollinisateurs robotisés

Les pollinisateurs robotisés peuvent potentiellement apporter de nombreux avantages à l’industrie agricole.

En fonctionnant 24 heures sur 7 et XNUMX jours sur XNUMX, les pollinisateurs robotisés offrent une plus grande efficacité que les humains, réduisant les coûts de main-d'œuvre et améliorant les rendements alimentaires. Ils peuvent travailler en continu, de jour comme de nuit, même dans des conditions difficiles. De plus, leur capacité à collecter et analyser les données sur les cultures donne aux producteurs un contrôle précis sur leur culture, permettant des décisions agricoles plus éclairées.

L'ingéniosité technologique qui permet à ces robots pollinisateurs de fonctionner de manière autonome permet de les personnaliser pour des tâches agricoles spécifiques. Leur taille peut être augmentée ou réduite en fonction de la taille des cultures et des besoins de pollinisation des exploitations. Ces machines peuvent également polliniser des plantes ou des zones spécifiques avec plus de précision que les méthodes traditionnelles, améliorant ainsi l'efficacité des ressources et les rendements alimentaires.

Outre la pollinisation, ces robots peuvent également mesurer l'air, l'eau et d'autres facteurs environnementaux en temps réel, contribuant ainsi à une agriculture plus sûre et plus durable.

En éliminant le besoin de pesticides ou d'autres toxines, les pollinisateurs robotisés séduisent les agriculteurs qui souhaitent réduire leurs effets environnementaux et améliorer leurs opérations.

Mais bien sûr, les robots pollinisateurs ne sont pas sans problèmes :

• Malgré les progrès technologiques récents, la pollinisation robotisée est coûteuse et loin de pouvoir remplacer les pollinisateurs naturels tels que les abeilles pour fertiliser efficacement les cultures. Sans oublier qu’il existe plus de 250,000 XNUMX espèces de plantes à fleurs sur la planète, et elles interagissent toutes de manière unique avec les vecteurs de pollen.
• Étant donné que les espèces exotiques envahissantes provoquent des extinctions et perturbent les fonctions et services des écosystèmes, la pollinisation robotisée pourrait endommager des écosystèmes plus vastes.
• Dépendre d'un seul pollinisateur accroît la vulnérabilité face aux défaillances de technologies complexes ou aux cyberattaques, ce qui pourrait entraîner une insécurité alimentaire majeure. De plus, la réduction de la diversité génétique peut affecter la capacité des fleurs à résister aux maladies, notamment, et les rendre moins saines.

Défis de la pollinisation de l’agriculture verticale

L’agriculture verticale a commencé en grande pompe. Thomas Graham, chercheur en agriculture en environnement contrôlé à l'Université de Guelph en Ontario, estime que les fermes verticales « ont le potentiel de contribuer de manière significative à notre alimentation ». Même si elle a commencé avec beaucoup d’espoir et de fanfare, l’agriculture verticale a été confrontée à son lot de défis. Ces défis comprenaient l’inflation, la flambée des prix de l’énergie, une demande constante d’électricité substantielle, et bien plus encore. 

De nombreuses fermes verticales n'ont pas réussi à aller au-delà d'un ensemble particulier d'offres, qui comprenait uniquement des cultures vertes, notamment de la laitue et des herbes, qui nécessitaient moins d'eau et pouvaient être cultivées rapidement, en tirant parti de la culture hydroponique. 

Pour que les pratiques agricoles verticales atteignent leur plein potentiel et contribuent véritablement à résoudre les problèmes d'insécurité alimentaire, elles doivent élargir la gamme de cultures qu'elles offrent et contribuent à produire. Cette expansion ne serait pas possible sans l'aide des pollinisateurs. 

D’après une  étude Selon une étude publiée par l'Institut national de l'alimentation et de l'agriculture du Département de l'agriculture des États-Unis, environ 75 % des plantes à fleurs et 35 % des cultures vivrières mondiales dépendent des pollinisateurs animaux pour leur production. Si les abeilles constituent le principal type de pollinisateur, avec plus de 4,000 XNUMX espèces d'abeilles en Amérique – contribuant à augmenter les rendements des cultures, les pollinisateurs comprennent également les guêpes, les papillons de nuit, les mouches, les papillons, les oiseaux, les chauves-souris, etc. 

Ces pollinisateurs naturels ont du mal à faire leur travail en agriculture verticale. Les abeilles domestiques, l’un des pollinisateurs les plus populaires dans l’agriculture commerciale, ont du mal à se déplacer sous la lumière artificielle. La pollinisation manuelle n’est pas non plus économiquement viable car elle demande beaucoup de temps, d’efforts et d’argent.

Comment les pollinisateurs robotiques relèvent ces défis

Les robots pollinisateurs pourraient fonctionner de plusieurs manières. Nous examinerions certains cas d'utilisation réels dans lesquels des robots pollinisateurs ont été déployés avec succès. 

Des pollinisateurs robotisés ressemblant à des voitures autonomes

Ces types de pollinisateurs robotisés utilisent d'abord la technologie de détection et de télémétrie par ondes lumineuses (LIDAR). Ils utilisent d'abord des lasers pour créer une carte tridimensionnelle de la serre afin de déterminer son orientation. Le robot se déplace ensuite dans les rangées de la serre pour atteindre le plus de fleurs possible avec son bras et capture des cartes tridimensionnelles haute résolution des cultures. Une fois les fleurs prêtes à être pollinisées, il passe à l'étape suivante. 

Il utilise une petite brosse tridimensionnelle imprimée en poils souples de polyuréthane, située à l'extrémité de son bras, pour caresser délicatement les fleurs. Le pollen est alors transféré des organes reproducteurs mâles, et la pollinisation commence. La mémoire du robot lui permet de mémoriser les plantes déjà pollinisées afin d'éviter toute répétition et d'effectuer le travail le plus rapidement possible.

Pollinisation robotisée utilisant des drones alimentés par l'IA

Une autre approche de pollinisation robotisée repose sur l'utilisation de mini-drones. Un logiciel basé sur l'IA permet à ces drones de reconnaître et de mesurer les caractéristiques vitales des agriculteurs. Ces drones volent à proximité des plantes et utilisent des capteurs pour capturer les informations nécessaires. Lorsque les conditions atmosphériques à l'intérieur de la serre sont optimales pour la pollinisation, les drones commencent à perturber l'air environnant. L'air ainsi secoué fait vibrer les fleurs, ce qui finit par en extraire le pollen et déclenche la pollinisation. 

Pollinisateur nanorobot

Des chercheurs de l'Université de Tampere, en Finlande, ont développé un type de nanorobot pollinisateur qui fonctionne sur le principe de l'aérorobotique basé sur l'assemblage de matériaux sensibles à la lumière. Autrement dit, il s’agit de robots volants basés sur un assemblage de matériaux sensibles à la lumière. 

La lumière sert de mécanisme de contrôle à ces robots, qui ciblent les zones nécessitant une pollinisation. Cette méthode s'est avérée efficace pour la dispersion précise de graines artificielles chargées de pollen. Chaque graine artificielle est équipée d'un actionneur flexible composé d'élastomères à cristaux liquides sensibles à la lumière, qui provoque l'ouverture ou la fermeture des poils lors de l'exposition à la lumière visible.

L'utilisation de la lumière permet également aux robots pollinisateurs de modifier la forme de la structure du robot souple, lui permettant ainsi de s'adapter à la force et à la direction du vent. Bien qu'elle ne soit pas encore disponible pour la production en série, cette technologie robotique nécessite encore des améliorations pour améliorer ses capacités d'atterrissage des graines.

Pollinisateurs robots terrestres itinérants : un concurrent potentiel dans le domaine des solutions d'agriculture verticale

Les développeurs technologiques ont également introduit des robots pollinisateurs mobiles qui se déplacent entre les rangées de plantes et émettent des impulsions d'air pour faciliter la pollinisation. Bien qu'encore en phase de développement, nécessitant des opérateurs humains pour gérer les déplacements des robots entre les rangées via une tablette, ces machines ont déjà atteint un niveau d'autonomie satisfaisant. Les développeurs estiment que ces robots pourraient bientôt être efficaces dans les systèmes d'agriculture verticale.

Les avantages de l’utilisation de pollinisateurs robotisés dans l’agriculture verticale pourraient être multiples. 

Les pollinisateurs naturels, quels que soient leur rapport coût-efficacité et leur efficacité, peuvent propager des virus. L’agriculture traditionnelle utilise souvent des abeilles produites commercialement comme pollinisateurs naturels. Ces abeilles courent le risque de s’échapper des serres contrôlées et d’infecter les populations d’abeilles sauvages, ce qui pourrait exacerber un problème déjà critique : le déclin de la population d’insectes, entraîné par le changement climatique, l’urbanisation rapide et l’utilisation de pesticides.

Les pollinisateurs robotisés peuvent contribuer à freiner la propagation de ces infections. Ils sont également très efficaces pour se déplacer dans des environnements structurés et éviter les aléas climatiques et les températures. 

Entreprises dans l’espace des pollinisateurs robotisés

Étant donné que plus de 75 % des cultures vivrières mondiales dépendent, au moins dans une certaine mesure, de la pollinisation par les insectes et autres animaux, les entreprises travaillent avec enthousiasme sur des pollinisateurs robotisés, notamment :

1. Rougga

Cette société, qui a levé 5.8 millions de dollars à ce jour, construit des robots basés sur l'IA qui utilisent la vision par ordinateur, développés via la plateforme NVIDIA Metropolis, pour identifier les fleurs prêtes à être pollinisées, puis lancer le processus en leur envoyant des impulsions d'air.

Bien que les performances des robots soient comparables à celles des bourdons et, dans certains cas, meilleures jusqu'à 5 %, ils offrent également la possibilité de collecter et d'analyser des données en cours de route. 

Les robots d'Arugga ont démontré des gains de rendement allant jusqu'à 20 % sans compromettre la qualité. Son robot terrestre mobile, Polly, travaille avec des fraises, des myrtilles, des tomates et d'autres cultures. 

Plus récemment, l'entreprise a transformé la serre finlandaise Agrifutura de 4.6 hectares en la première installation au monde à utiliser pleinement la technologie de pollinisation robotisée. 

2. Moteur Yamaha

Yamaha Motor est depuis longtemps un acteur de la modernisation de l'agriculture et travaille à la recherche de solutions pour répondre à la diminution et au vieillissement de la population agricole japonaise. L'entreprise développe des hélicoptères sans pilote à usage industriel, des drones agricoles, des véhicules d'assistance autoguidés, des bras robotisés, et bien plus encore. 

En décembre 2022, Yamaha déclarait : « Nous développons des véhicules immédiatement opérationnels pour la taille, la pollinisation, l'éclaircissage des fruits, la récolte et d'autres tâches dans ces vergers. » Il y a quelques années, un fabricant japonais a investi 10 millions de dollars dans Robotics Plus, qui développe des véhicules sans pilote (UGV) polyvalents, des pollinisateurs, des récolteuses et des systèmes d'emballage robotisés. 

Les actions de Yamaha Motor (YAMHF) se négocient actuellement à 25 $, en hausse de 9.29 % depuis le début de l'année, tout en versant un rendement en dividende de 3.79 % et un P/E (TTM) de 6.20.

3. Edete Précision

Cette startup agrotechnologique construit des pollinisateurs robotisés et propose une pollinisation artificielle en tant que service (APaS). En complétant la pollinisation éolienne, Edete Precision a augmenté les rendements dans un verger de pistaches de Californie par 24%Le pollinisateur robotisé 2BeTM de l'entreprise assure la pollinisation artificielle en distribuant de minuscules quantités de pollen, rigoureusement contrôlées et gérées, pendant la floraison. Actuellement concentré sur les pistaches, Edete souhaite s'étendre aux amandes, aux cerises et aux avocats.

4. RécolteX

Ayant levé 150 millions de yens à ce jour, l'entreprise japonaise HarvestX développe des technologies de robotique et d'IA pour résoudre divers problèmes du secteur agricole. Parmi ces technologies figure la pollinisation automatisée des fraises par des robots. 

L'entreprise a développé une technique d'apprentissage automatique qui utilise des modèles 3D et des images rendues pour générer des données supervisées sur l'orientation des fleurs. Grâce à un réseau neuronal, elle extrait les caractéristiques du comportement de pollinisation des abeilles et les applique ensuite aux algorithmes de pollinisation.

Pollinisateurs robotisés dans l’agriculture verticale : ce que l’avenir nous réserve

Pour que les pollinisateurs robotisés atteignent leur véritable potentiel, il est essentiel de travailler davantage à élargir leur champ d’action. Ils doivent démontrer leur efficacité dans un large éventail de scénarios de production agricole. Étant donné que chaque plante ou culture a ses propres complexités, les développeurs sont confrontés au défi d'adapter ces technologies aux cultures qui nécessitent des méthodes de pollinisation différentes.

À la délicatesse de ces travaux s'ajoutent les risques liés au guidage à distance de solutions mécaniques, susceptibles d'endommager la flore. Une solution pour atténuer ce risque pourrait impliquer que les pollinisateurs travaillent avec des grappes de plantes ou de cultures, ce qui nécessiterait moins de précision. D’un autre côté, l’attention individuelle portée aux cultures, en particulier à celles qui nécessitent une pollinisation précise, pourrait s’avérer plus difficile en raison du risque que le flux d’air perturbe le fonctionnement.

La collaboration avec des experts tels que des entomologistes et des agronomes est essentielle pour rendre ces solutions robotiques plus flexibles et adaptables. Malgré ces efforts, la grande diversité des cultures, des fruits et des légumes essentiels à notre consommation quotidienne signifie qu’il reste encore beaucoup de travail à accomplir.

De plus, ces solutions robotiques doivent s’adapter aux conditions changeantes provoquées par le changement climatique pour maintenir leur efficacité. L'abordabilité est un autre facteur critique ; des prix plus accessibles abaisseraient les barrières à l’entrée dans un secteur agricole compétitif et en constante évolution.

L’avenir des pollinisateurs robotisés est également étroitement lié à la croissance de l’agriculture verticale. Même si de nombreux experts ne considèrent pas encore l’agriculture verticale comme un substitut à l’agriculture traditionnelle, ils reconnaissent sa viabilité pour faire pousser efficacement des cultures dans des espaces confinés. Si l’agriculture verticale commençait à compléter de manière significative les méthodes traditionnelles, les opportunités pour les pollinisateurs robotisés se développeraient, ouvrant la voie à diverses innovations dans ce domaine.

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