Robotique
Les pollinisateurs robotiques peuvent-ils jouer un rôle dans l’agriculture verticale ?
Le marché de l’agriculture verticale est prêt pour une croissance exponentielle, passant d’une valorisation de 5,6 milliards de dollars à une estimation de 35 milliards d’ici 2032 — soit presque une multiplication par sept en une décennie. Pour tirer parti de ce marché en plein essor, l’innovation et l’utilisation de technologies avancées sont essentielles. Les pollinisateurs robotiques, ou « abeilles robotiques », se distinguent comme potentiellement transformateurs dans ce domaine.
Mais pour comprendre le potentiel que les pollinisateurs robotiques offrent à l’agriculture verticale, nous devons d’abord clarifier ce que ces catégories signifient. Nous commencerons donc la discussion par de brèves présentations de ce qu’est l’agriculture verticale et ce que sont les pollinisateurs robotiques.
Qu’est‑ce que l’agriculture verticale ?
L’agriculture verticale est une méthode/technique agricole qui consiste à cultiver des plantes sur des couches empilées verticalement. L’agriculture traditionnelle est horizontale, les cultures étant cultivées sur des terres agricoles. Cependant, avec la surface de terres fertiles sur cette planète restant constante et la population mondiale augmentant continuellement, l’agriculture verticale a émergé comme une solution, généralement réalisée dans un environnement contrôlé avec des techniques telles que l’aquaponie, l’hydroponie et l’aéroponie qui rendent le sol superflu pour la culture.
De nos jours, on trouve des fermes verticales dans des bâtiments, sur des conteneurs d’expédition et même sous terre, appelées fermes profondes.
Les avantages de l’agriculture verticale sont nombreux. Elle est plus efficace, résistante aux intempéries et constitue une alternative plus saine du point de vue de la conservation de l’environnement. Elle ne nécessite pas de déforestation, souvent précurseur des cycles agricoles traditionnels, et n’exige pas non plus de nombreuses activités agricoles conventionnelles à forte empreinte carbone, telles que le labour, la plantation et la récolte par des machines agricoles.
Le concept d’agriculture verticale a été initié par Dickson Despommier en 1999, marquant le début d’une zone d’application émergente. C’est sur cette base que l’agriculture verticale se dirige vers une évolution et une diversification dans les années à venir.
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Que sont les pollinisateurs robotiques ?
En bref, les pollinisateurs robotiques ressemblent à de grosses abeilles équipées de roues et d’un bras. Cette innovation technologique est conçue pour répondre au problème pressant de la rareté des pollinisateurs naturels, comme les abeilles, qui représente un défi majeur pour la production alimentaire mondiale. En réponse à ce défi, des chercheurs de l’Université de Virginie‑Occidentale ont conçu un pollinisateur robotique.
Le modèle créé par Yu Gu, professeur associé au Département de génie mécanique et aérospatial de l’université, comporte un robot à six bras destiné à aider à la pollinisation dans les serres, en s’adaptant à une variété de cultures. Le but des pollinisateurs robotiques est double.
Leur objectif immédiat est d’exécuter les tâches répétitives, chronophages et laborieuses d’inspection des fleurs, de cartographie, de pollinisation et de suivi du développement, libérant ainsi les agriculteurs pour se concentrer sur la plantation, l’irrigation et la lutte antiparasitaire.
À long terme, le pollinisateur robotique vise à prendre soin de chaque culture avec une efficacité optimisée, à assurer la production alimentaire pendant les périodes de déclin des insectes et à offrir des services à valeur ajoutée tels que le suivi des données des cultures. En discutant de la vision opérationnelle du pollinisateur robotique, Yu Gu a déclaré :
« Il cartographie l’environnement, et une fois que le robot a une idée générale de l’environnement, il établira une cartographie plus détaillée des plantes, saura où se trouvent les fleurs et quelles fleurs doivent être pollinisées. »
En tenant compte de ces capacités, examinons comment les pollinisateurs robotiques peuvent contribuer à l’agriculture verticale.
Avantages et inconvénients des pollinisateurs robotiques
Les pollinisateurs robotiques ont le potentiel d’offrir une variété d’avantages pour l’industrie agricole.
En fonctionnant 24 h/24, les pollinisateurs robotiques offrent une plus grande efficacité que les humains, réduisant les coûts de main‑d’œuvre et augmentant 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 des cultures donne aux producteurs un contrôle précis sur leur culture, permettant des décisions agricoles mieux informées.
La même ingéniosité technologique qui permet à ces pollinisateurs robotiques de fonctionner de façon autonome rend possible leur personnalisation pour des tâches agricoles spécifiques. Ils peuvent être agrandis ou réduits selon la taille de la culture et les besoins en pollinisation des fermes. 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.
En plus de polliniser, ces robots peuvent mesurer en temps réel l’air, l’eau et d’autres facteurs environnementaux, contribuant à une agriculture plus sûre et plus durable.
En éliminant le besoin de pesticides ou d’autres toxines, les pollinisateurs robotiques séduisent les agriculteurs qui souhaitent réduire leurs impacts environnementaux et améliorer leurs opérations.
Mais, bien sûr, les pollinisateurs robotiques ne sont pas sans problèmes :
- Malgré les récents progrès technologiques, la pollinisation robotique est coûteuse et loin de pouvoir remplacer les pollinisateurs naturels tels que les abeilles pour fertiliser les cultures efficacement. Sans oublier qu’il existe plus de 250 000 espèces de plantes à fleurs sur la planète, chacune interagissant de manière unique avec les vecteurs de pollen.
- Étant donné que les espèces invasives étrangères provoquent des extinctions et perturbent les fonctions et services des écosystèmes, la pollinisation robotique pourrait endommager les écosystèmes plus larges.
- S’appuyer sur un seul pollinisateur augmente la vulnérabilité en cas de défaillance d’une technologie complexe ou d’attaques cybernétiques, 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 et les rendre moins saines.
Défis de la pollinisation dans l’agriculture verticale
L’agriculture verticale a commencé avec beaucoup d’engouement. Thomas Graham, chercheur en agriculture à environnement contrôlé à l’Université de Guelph en Ontario, croyait que les fermes verticales « avaient le potentiel de contribuer de manière significative à nos régimes alimentaires ». Bien qu’elle ait démarré avec beaucoup d’espoir, l’agriculture verticale a rencontré son lot de défis. Ces défis comprenaient l’inflation, la flambée des prix de l’énergie, la demande constante d’électricité importante, et plus encore.
De nombreuses fermes verticales n’ont pas pu dépasser un ensemble limité d’offres, qui ne comprenait que des cultures vertes, comme la laitue et les herbes, nécessitant moins d’eau et pouvant être cultivées rapidement grâce à l’hydroponie.
Pour que les pratiques d’agriculture verticale atteignent leur véritable potentiel et offrent une solution significative aux problèmes d’insécurité alimentaire, elles doivent élargir la gamme de cultures qu’elles proposent et produisent. Cette expansion ne serait pas possible sans l’aide de pollinisateurs.
Selon une étude publiée par le National Institute of Food and Agriculture du Département de l’Agriculture des États‑Unis, environ 75 % des plantes à fleurs du monde et 35 % des cultures alimentaires mondiales dépendent des pollinisateurs animaux pour produire. Alors que les abeilles sont le type de pollinisateurs le plus connu – avec plus de 4 000 espèces d’abeilles en Amérique – aidant à augmenter les rendements, les pollinisateurs comprennent également les guêpes, les papillons de nuit, les mouches, les papillons, les oiseaux, les chauves‑souris, et bien d’autres.
Ces pollinisateurs naturels ont du mal à accomplir leur travail dans l’agriculture verticale. Les abeilles domestiques, l’un des pollinisateurs les plus populaires pour l’agriculture commerciale, rencontrent des difficultés à naviguer sous une lumière artificielle. La pollinisation manuelle n’est pas non plus économiquement viable, car elle demande beaucoup de temps, d’effort et de coûts.
Comment les pollinisateurs robotiques répondent à ces défis
Il existe plusieurs manières dont les pollinisateurs robotiques pourraient fonctionner. Nous examinerons quelques cas d’utilisation réels où les robo‑pollinisateurs ont été déployés avec succès.
Pollinisateurs robotiques ressemblant à des voitures autonomes
Ces types de pollinisateurs robotiques utilisent d’abord la technologie de détection et de télémétrie par laser (LIDAR). Ils utilisent d’abord des lasers pour créer une carte tridimensionnelle de la serre afin de s’orienter. Ils se déplacent à travers les rangées de la serre pour atteindre le plus grand nombre de fleurs possible avec leur bras et capturent des cartes tridimensionnelles à plus haute résolution des cultures. Une fois qu’ils localisent ou identifient les fleurs prêtes à être pollinisées, ils passent à la phase suivante.
Ils utilisent une petite brosse imprimée en trois dimensions, composée de poils de polyuréthane flexibles à l’extrémité de leur bras, pour caresser doucement les fleurs. Cela entraîne le transfert du pollen des organes reproducteurs mâles, et la pollinisation commence. La mémoire du robot l’aide à se souvenir des plantes déjà pollinisées afin d’éviter les répétitions et d’accomplir la tâche le plus rapidement possible.
Pollinisation robotique exploitant des drones alimentés par l’IA
Une autre approche de la pollinisation robotique repose sur l’utilisation de mini‑drones. Elle utilise un logiciel alimenté par l’IA pour diriger ces drones afin qu’ils reconnaissent et mesurent les caractéristiques vitales des cultures. Ces drones volent près des plantes et utilisent des capteurs caméra pour capturer les informations requises. Lorsque les conditions atmosphériques à l’intérieur de la serre sont optimales pour la pollinisation, les drones commencent à perturber l’air autour d’elles. L’air agité fait vibrer les fleurs, ce qui finit par libérer le pollen et déclencher la pollinisation.
Nanorobot pollinisateur
Des chercheurs de l’Université de Tampere, en Finlande, ont développé un type de nanorobot pollinisateur qui fonctionne sur le principe de l’aéro‑robotique basé sur l’assemblage de matériaux réactifs à la lumière. En d’autres termes, il s’agit de robots volants constitués d’un assemblage de matériaux sensibles à la lumière.
La lumière sert de mécanisme de contrôle pour 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 fait d’élastomères de cristal liquide sensibles à la lumière, qui font ouvrir ou fermer les poils lorsqu’ils sont exposés 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 de s’adapter à la force et à la direction du vent. Bien que cette technologie ne soit pas encore disponible pour la production de masse, elle nécessite encore un affinage de ses capacités d’atterrissage des graines.
Pollinisateurs robotisés au sol itinérants : un concurrent potentiel dans l’espace des solutions d’agriculture verticale
Les développeurs technologiques ont également introduit des pollinisateurs robotisés au sol qui se déplacent entre les rangées de plantes, émettant des impulsions d’air pour faciliter la pollinisation. Bien qu’ils soient encore en phase de développement nécessitant des opérateurs humains pour gérer le déplacement des robots entre les rangées via une tablette, ces machines ont déjà atteint un niveau satisfaisant d’autonomie. Les développeurs estiment que ces robots pourraient bientôt devenir efficaces dans les configurations d’agriculture verticale.
Les avantages de l’utilisation de pollinisateurs robotiques dans l’agriculture verticale pourraient être multiples.
Les pollinisateurs naturels, malgré leur rentabilité et leur efficacité, peuvent propager des virus. L’agriculture traditionnelle emploie souvent des abeilles produites commercialement comme pollinisateurs naturels. Ces abeilles comportent le risque de s’échapper des serres contrôlées et d’infecter les populations d’abeilles sauvages, aggravant ainsi 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 robotiques peuvent aider à empêcher la propagation de ces infections. Ils sont également très efficaces lorsqu’ils se déplacent dans des environnements structurés et évitent les conditions météorologiques et de température imprévisibles.
Entreprises dans le domaine des pollinisateurs robotiques
Étant donné que plus de 75 % des cultures alimentaires mondiales dépendent, au moins en partie, de la pollinisation par les insectes et autres animaux, les entreprises travaillent activement sur les pollinisateurs robotiques, notamment :
1. Arugga
Cette société, qui a levé 5,8 millions de dollars à ce jour, construit des robots alimentés par l’IA qui utilisent la vision par ordinateur, développée via la plateforme NVIDIA Metropolis, pour identifier les fleurs prêtes à être pollinisées puis initier le processus en projetant des impulsions d’air sur celles‑ci.
Alors que les performances des robots sont comparables à celles des bourdons et, dans certains cas, supérieures jusqu’à 5 %, ils offrent également la capacité de collecter et d’analyser des données en cours de route.
Les robots d’Arugga ont démontré des améliorations de rendement allant jusqu’à 20 % sans sacrifier la qualité. Son robot au sol itinérant, Polly, travaille avec les fraises, les myrtilles, les tomates et d’autres cultures.
Plus récemment, l’entreprise a converti la serre de 4,6 hectares d’Agrifutura en Finlande en la première installation au monde à exploiter pleinement la technologie de pollinisation robotique.
2. Yamaha Motor
Yamaha Motor est depuis longtemps un acteur de la modernisation de l’agriculture et travaille sur des solutions pour la population agricole japonaise vieillissante et en diminution. L’entreprise développe des hélicoptères sans pilote à usage industriel, des drones agricoles, des véhicules d’assistance guidés automatiquement, des bras robotisés, et plus encore.
En décembre 2022, Yamaha a déclaré : « Nous développons des véhicules qui seront immédiatement prêts à être utilisés pour l’élagage, la pollinisation, l’éclaircissage des fruits, la récolte et d’autres tâches dans les vergers. » Il y a quelques années, une entreprise japonaise a investi 10 millions de dollars dans Robotics Plus, qui développe des VUG polyvalents ainsi que des pollinisateurs, récolteurs et 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, avec un rendement du dividende de 3,79 % et un ratio P/E (TTM) de 6,20.
3. Edete Precision
Cette startup agri‑tech construit des pollinisateurs robotiques et propose la pollinisation artificielle en tant que service (APaS). En complétant la pollinisation par le vent, Edete Precision a augmenté les rendements d’un verger de pistaches en Californie de 24 %. Le pollinisateur robotique 2BeTM de la société effectue une pollinisation artificielle en distribuant des quantités de pollen minutieusement contrôlées et gérées pendant la période de floraison. Actuellement axée sur les pistaches, Edete vise à s’étendre aux amandes, aux cerises et aux avocats.
4. HarvestX
Ayant levé 150 millions de yens à ce jour, HarvestX, basée au Japon, développe des technologies robotiques et d’IA pour résoudre divers problèmes existant dans l’industrie agricole. Cela inclut la pollinisation automatisée des fraises par des robots.
L’entreprise a mis au point une technique d’apprentissage automatique qui utilise des modèles 3D et des images rendues pour générer des données supervisées sur l’orientation des fleurs. En appliquant un réseau neuronal, elle extrait les caractéristiques du comportement de pollinisation des abeilles et les applique aux algorithmes de pollinisation.
Pollinisateurs robotiques dans l’agriculture verticale : ce que l’avenir réserve
Pour que les pollinisateurs robotiques atteignent leur plein potentiel, davantage de travail visant à élargir leur champ d’action est essentiel. Ils doivent démontrer leur efficacité dans une gamme diversifiée de scénarios de production de cultures. En considérant que chaque plante ou culture possède ses propres complexités, les développeurs sont confrontés au défi d’adapter ces technologies aux cultures nécessitant des méthodes de pollinisation différentes.
La nature délicate de ce travail est aggravée par les risques associés à la guidage à distance de solutions mécaniques, qui pourraient potentiellement endommager la flore. Une solution pour atténuer ce risque pourrait impliquer des pollinisateurs travaillant avec des groupes de plantes ou de cultures, nécessitant moins de précision. En revanche, une attention individuelle aux cultures, surtout celles nécessitant une pollinisation précise, pourrait être plus difficile en raison du potentiel de l’écoulement d’air à perturber le fonctionnement.
La collaboration avec des experts tels que des entomologistes et des scientifiques agricoles est essentielle pour rendre ces solutions robotiques plus flexibles et adaptables. Malgré ces efforts, la vaste diversité des cultures, fruits et 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 induites par le changement climatique afin de maintenir leur efficacité. L’accessibilité financière est un autre facteur crucial ; des prix plus abordables réduiraient les barrières à l’entrée dans une industrie agricole compétitive et en constante évolution.
L’avenir des pollinisateurs robotiques est également étroitement lié à la croissance de l’agriculture verticale. Bien que de nombreux experts ne voient pas encore l’agriculture verticale comme un remplacement de l’agriculture traditionnelle, ils reconnaissent sa viabilité pour cultiver efficacement des cultures dans des espaces confinés. Si l’agriculture verticale commence à compléter de manière significative les méthodes traditionnelles, les opportunités pour les pollinisateurs robotiques s’étendraient, ouvrant la voie à diverses innovations dans le domaine.
