Kunnen Robotische Bestuivers een Rol Spelen in Verticale Landbouw?

De markt voor verticale landbouw staat aan de vooravond van een exponentiële groei, met een verwachte waarde van 5,6 miljard dollar tot een verwachte 35 miljard dollar in 2032 — bijna een zevenvoudige toename binnen een decennium. Om van deze groeiende markt te profiteren, zijn innovatie en het gebruik van geavanceerde technologieën essentieel. Robotische bestuivers, of ‘robotbijen’, springen hierbij in het oog als potentieel transformatief in deze arena.

Maar om het potentieel van robotische bestuivers voor verticale landbouw te begrijpen, moeten we een duidelijke idee hebben van wat deze categorieën inhouden. We zullen daarom het gesprek beginnen met korte overzichten van wat verticale landbouw en robotische bestuivers zijn.

Wat is Verticale Landbouw?

Verticale landbouw is een landbouwmethode/techniek om gewassen te telen in verticaal gestapelde lagen. Traditionele landbouw is horizontaal, met gewassen die op landbouwgrond worden geteeld. Echter, met het areaal vruchtbare land op deze planeet als constant en de wereldbevolking die consistent toeneemt, is verticale landbouw opgekomen als oplossing, meestal uitgevoerd in een gecontroleerde omgeving met technieken zoals aquaponics, hydroponics en aeroponics die de noodzaak van bodem in de landbouw overbodig maken.

Tegenwoordig kunnen we verticale boerderijen vinden in gebouwen, op containers en zelfs onder de grond, bekend als Deep Farms.

De voordelen van verticale landbouw zijn legio. Het is efficiënter, weersbestendiger en een gezondere alternatief vanuit het oogpunt van milieubeschermingsinspanningen. Het vereist geen ontbossing, vaak een voorbode van traditionele landbouwcyclus, en evenmin veel conventionele landbouwactiviteiten met een hoge CO2-voetafdruk, waaronder ploegen, planten en oogsten met landbouwmachines.

Het concept van verticale landbouw werd in 1999 gepionierd door Dickson Despommier, wat het begin markeerde van wat nu een opkomend toepassingsgebied is. Het is deze basis die verticale landbouw op zijn pad zet om te evolueren en te diversifiëren in de komende jaren.

Klik hier om meer te leren over verticale landbouw.

Wat zijn Robotische Bestuivers?

Kort gezegd lijken robotische bestuivers op oversized bijen uitgerust met wielen en een arm. Deze technologische innovatie is ontworpen om het acute probleem van schaarste aan natuurlijke bestuivers, zoals bijen, aan te pakken, wat een aanzienlijke uitdaging vormt voor de mondiale voedselproductie. Als antwoord op deze uitdaging hebben onderzoekers aan de West Virginia University een robotische bestuiver ontwikkeld.

Het model dat is gemaakt door Yu Gu, een associate professor in de afdeling Mechanische en Aerospace Engineering aan de universiteit, heeft een zesarmige robot die is ontworpen om te helpen bij de bestuiving in kasomgevingen, waarin een verscheidenheid aan gewassen wordt geteeld. Het doel van robotische bestuivers is tweeledig.

Hun onmiddellijke doel is om de repetitieve, tijdrovende en arbeidsintensieve taken van bloeminspectie, mapping, bestuiving en ontwikkelingsvolging uit te voeren, waardoor boeren zich kunnen concentreren op het planten, irrigeren en bestrijden van plagen.

Op lange termijn heeft de robotische bestuiver tot doel om individuele gewassen met geoptimaliseerde efficiëntie te verzorgen, voedselproductie te garanderen tijdens perioden van insectenafname en waarde toe te voegen met diensten zoals gewasgegevensvolging. De operationele visie van de robotische bestuiver besprak Yu Gu als volgt:

“Het maakt een kaart van de omgeving, en zodra de robot een algemeen idee van de omgeving heeft, zal het een meer gedetailleerde kaart van de planten maken en weten waar de bloemen zijn en welke bloem bestoven moet worden.”

Rekening houdend met deze mogelijkheden, laten we onderzoeken hoe robotische bestuivers kunnen bijdragen aan verticale landbouw.

Voor- en Nadelen van Robotische Bestuivers

Robotische bestuivers hebben het potentieel om een verscheidenheid aan voordelen te bieden voor de landbouwsector.

Door 24/7 te functioneren, bieden robotische bestuivers een grotere efficiëntie dan mensen, waardoor de arbeidskosten worden verlaagd en de voedselopbrengst wordt verhoogd. Ze kunnen continu werken, dag en nacht, zelfs in extreme omstandigheden. Bovendien geeft hun vermogen om gewasgegevens te verzamelen en te analyseren telers een precieze controle over hun teelt, waardoor beter geïnformeerde landbouwbeslissingen mogelijk worden.

Dezelfde technologische vernuftigheid die deze robotische bestuivers in staat stelt om autonoom te functioneren, maakt het ook mogelijk om ze aan te passen aan specifieke landbouwtaken. Ze kunnen worden opgeschaald of afgeschaald afhankelijk van de grootte van de oogst en de bestuivingsbehoeften in boerderijen. Deze machines kunnen ook specifieke planten of gebieden nauwkeuriger bestuiven dan traditionele methoden, waardoor de resource-efficiëntie en voedselopbrengst worden verbeterd.

Naast het bestuiven kunnen deze robots ook lucht-, water- en andere milieufactoren in real-time meten, waardoor een veiligere en duurzamere landbouw mogelijk wordt.

Door het elimineren van de behoefte aan pesticiden of andere giftige stoffen, spreken robotische bestuivers boeren aan die hun milieueffecten willen verminderen en hun bedrijfsvoering willen verbeteren.

Maar, natuurlijk, zijn robotische bestuivers niet zonder problemen:

• Ondanks recente technologische vooruitgang is robotbestuiving duur en ver van in staat om natuurlijke bestuivers zoals bijen te vervangen om gewassen efficiënt te bevruchten. Om nog maar te zwijgen over het feit dat er meer dan 250.000 soorten bloeiende planten op de planeet zijn, en dat ze allemaal op unieke wijze met pollenoverdragers interacteren.
• Gezien het feit dat invasieve soorten uitheemse soorten uitsterven en ecosystemen verstoren, kan robotbestuiving breder ecosystemen schaden.
• Het vertrouwen op één bestuiver verhoogt de kwetsbaarheid door het falen van complexe technologie of cyberaanvallen, wat op zijn beurt kan leiden tot grote voedselonzekerheid. Bovendien kan het verlagen van de genetische diversiteit de mogelijkheid van de bloem beïnvloeden om zich te verzetten tegen dingen als ziektes en kan het de gezondheid van de planten verminderen.

Uitdagingen voor Bestuiving in Verticale Landbouw

Verticale landbouw begon met veel fanfare. Thomas Graham, een onderzoeker in gecontroleerde omgevingslandbouw aan de Universiteit van Guelph in Ontario, geloofde dat verticale boerderijen “een significante bijdrage aan ons dieet konden leveren.” Hoewel het met veel hoop en fanfare begon, kende verticale landbouw zijn eigen set uitdagingen. Deze uitdagingen omvatten inflatie, stijgende energiekosten, consistent hoge vraag naar aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit en meer.

Veel verticale boerderijen slaagden er niet in om verder te gaan dan een bepaalde set aanbod, dat alleen groene gewassen omvatte, waaronder sla en kruiden, die weinig water nodig hadden en snel konden worden geteeld met behulp van hydroponics.

Om verticale landbouwpraktijken hun volledige potentieel te laten bereiken en een significante bijdrage te leveren aan het oplossen van de uitdagingen van voedselonzekerheid, moeten ze het aanbod aan gewassen uitbreiden en helpen produceren. Deze uitbreiding zou niet mogelijk zijn zonder de hulp van bestuivers.

Volgens een studie gepubliceerd door het National Institute of Food and Agriculture, United States Department of Agriculture, zijn ongeveer 75% van de bloeiende planten en 35% van de voedselgewassen afhankelijk van dierlijke bestuivers om te produceren. Terwijl bijen het meest prominente type bestuivers zijn – met meer dan 4.000 soorten bijen in Amerika – helpen ze bij het verhogen van de oogst, omvatten bestuivers ook wespen, motten, vliegen, vlinders, vogels, vleermuizen en meer.

Deze natuurlijke bestuivers hebben moeite om hun werk te doen in verticale landbouw. Gedomesticeerde honingbijen, een van de meest populaire bestuivers voor commerciële landbouw, hebben moeite om te navigeren onder kunstlicht. Bestuiven met de hand is ook niet economisch haalbaar, omdat het veel tijd, inspanning en kosten vereist.

Hoe Robotische Bestuivers deze Uitdagingen Aanpakken

Er zijn meer dan één manier waarop robotische bestuivers kunnen werken. We zullen enkele van de real-life use cases bekijken waarin robo-bestuivers succesvol zijn ingezet.

Robotische Bestuivers die lijken op Zelfrijdende Auto’s

Deze soorten robotische bestuivers gebruiken Light Detection and Ranging-technologie (LIDAR) om te beginnen. Ze gebruiken lasers om een driedimensionale kaart van de kas te maken om hun weg te vinden. Het beweegt door de rijen van de kas om zo veel mogelijk bloemen te bereiken met zijn arm en maakt hogeresolutie, driedimensionale kaarten van de gewassen. Zodra het de bloemen heeft gevonden die klaar zijn voor bestuiving, gaat het naar de volgende fase.

Het gebruikt een kleine, driedimensionaal geprinte borstel van flexibele polyurethaanborstels aan het einde van zijn arm om de bloesems zachtjes te strelen. Dit resulteert in de overdracht van pollen van de mannelijke voortplantingsorganen, en de bestuiving begint. De robotgeheugen helpt het om zich te herinneren welke planten al zijn bestoven, zodat het zich niet herhaalt en de taak zo snel mogelijk uitvoert.

Robotbestuiving met AI-gepowered Drones

Een andere benadering van robotbestuiving is gebaseerd op het gebruik van mini-drones. Het gebruikt AI-gepowered software om deze drones te laten herkennen en meten van essentiële kenmerken van boeren. Deze drones vliegen in de buurt van de planten en gebruiken camerasensoren om de benodigde informatie te verzamelen. En wanneer de atmosferische omstandigheden in de kas optimaal zijn voor bestuiving, beginnen de drones de lucht rondom te verstoren. De verstoerde lucht zorgt ervoor dat de bloemen trillen, wat uiteindelijk het pollen uit de bloemen schudt en de bestuiving start.

Nanorobot Bestuiver

Onderzoekers van de Tampere Universiteit in Finland hebben een soort nanorobotbestuiver ontwikkeld die werkt op het principe van aero-robotica op basis van licht-gevoelige materialen. Met andere woorden, dit zijn vliegende robots op basis van een assemblage van licht-gevoelige materialen.

Licht dient als een controlemechanisme voor deze robots, die gebieden targeten die bestuiving nodig hebben. Deze methode heeft zich bewezen effectief voor de precieze verspreiding van kunstmatige zaden beladen met pollen. Elke kunstmatige zaad is uitgerust met een flexibele actuator gemaakt van licht-gevoelige vloeibare kristal-elastomeren, die de haren openen of sluiten bij blootstelling aan zichtbaar licht.

Het gebruik van licht maakt het ook mogelijk voor de robotbestuivers om de vorm van de zachte robotstructuur te veranderen, waardoor het zich kan aanpassen aan de kracht en richting van de wind. Hoewel het nog niet beschikbaar is voor massaproductie, vereist deze robottechnologie nog verdere verfijning van de zaadlandingsmogelijkheden.

Rijdende Grond-Robot Bestuivers: een Potentiële Kandidaat in Verticale Landbouwoplossingsruimte

Tech-ontwikkelaars hebben ook grond-rijdende robotbestuivers geïntroduceerd die tussen de rijen van planten bewegen en luchtpulsen uitstoten om bestuiving te faciliteren. Hoewel ze nog in een ontwikkelingsfase zitten die menselijke operators vereist om de beweging van de robots tussen de rijen via een tablet te beheren, hebben deze machines al een bevredigend niveau van autonomie bereikt. De ontwikkelaars geloven dat deze robots effectief kunnen zijn in verticale landbouwopstellingen.

De voordelen van het gebruik van robotische bestuivers in verticale landbouw kunnen meervoudig zijn.

Natuurlijke bestuivers, ongeacht hun kosteneffectiviteit en efficiëntie, kunnen virussen verspreiden. Traditionele landbouw maakt vaak gebruik van commercieel geproduceerde bijen als natuurlijke bestuivers. Deze bijen dragen het risico van ontsnapping uit gecontroleerde kasomgevingen en infectie van wilde bijenpopulaties, wat potentieel de reeds kritieke kwestie van het dalende insectenpopulatie kan verergeren, aangedreven door klimaatverandering, snelle urbanisatie en pesticidengebruik.

Robotische bestuivers kunnen helpen om deze infecties te voorkomen. Ze zijn ook zeer effectief wanneer ze zich bewegen in gestructureerde omgevingen en onvoorspelbare weersomstandigheden en temperaturen vermijden.

Bedrijven in de Ruimte van Robotische Bestuivers

Gezien het feit dat meer dan 75% van de voedselgewassen ter wereld afhankelijk zijn van bestuiving door insecten en andere dieren, werken bedrijven aan robotische bestuivers, waaronder:

1. Arugga

Dit bedrijf, dat tot nu toe 5,8 miljoen dollar heeft opgehaald, bouwt AI-gepowered robots die computerzicht gebruiken, ontwikkeld via het NVIDIA Metropolis-platform, om bloemen te identificeren die klaar zijn voor bestuiving en vervolgens het proces te initiëren door luchtpulsen naar hen te blazen.

De prestaties van de bots zijn gelijk aan die van hommels en, in sommige gevallen, tot 5% beter. Het heeft ook de mogelijkheid om gegevens te verzamelen en te analyseren onderweg.

De robots van Arugga hebben een verbetering van de opbrengst van maximaal 20% laten zien zonder de kwaliteit te verminderen. De rijdende grondrobot, Polly, werkt met aardbeien, blauwe bessen, tomaten en andere gewassen.

Onlangs zette het bedrijf de 4,6 hectare grote kas van de Finse Agrifutura om in de werelds eerste faciliteit die volledig gebruikmaakt van robotbestuivingstechnologie.

2. Yamaha Motor

Yamaha Motor is al lang een speler in de modernisering van de landbouw en werkt aan oplossingen voor Japans krimpende en verouderde landbouwbevolking. Het bedrijf werkt aan industriële onbemande helikopters, landbouwdrones, auto-gestuurde ondersteuningsvoertuigen, robotarmen en meer.

In december 2022 zei Yamaha: “We zijn voertuigen aan het ontwikkelen die onmiddellijk klaar zullen zijn voor gebruik bij taken zoals snoeien, bestuiven, fruitdunnen, oogsten en meer op boomgaarden.” Een paar jaar geleden investeerde een Japans fabrikant 10 miljoen dollar in Robotics Plus, dat algemene UGV’s en robotbestuivers, oogsters en verpakkingsystemen ontwikkelt.

De aandelen van Yamaha Motor (YAMHF) worden op dit moment verhandeld tegen een koers van 25 dollar, een stijging van 9,29% sinds het begin van het jaar, terwijl ze een dividendrendement van 3,79% bieden en een P/E (TTM) van 6,20 hebben.

3. Edete Precision

Dit agri-tech-startup bouwt robotbestuivers en biedt kunstmatige bestuiving als service (APaS). Door de windbestuiving aan te vullen, verhoogde Edete Precision de opbrengst in een Californische pistachenootboomgaard met 24%. De robotbestuiver 2BeTM van het bedrijf voert kunstmatige bestuiving uit door kleine, gecontroleerde en beheerde hoeveelheden pollen te verspreiden tijdens het bloeiseizoen. Op dit moment is het bedrijf voornamelijk gefocust op pistachenoot, maar Edete heeft plannen om over te stappen op amandelen, kersen en avocados.

4. HarvestX

Het in Japan gevestigde HarvestX, dat tot nu toe 150 miljoen yen heeft opgehaald, ontwikkelt robottechnologie en AI-technologie om verschillende problemen in de landbouwsector op te lossen. Dit omvat de geautomatiseerde bestuiving van aardbeien door robots.

Het bedrijf heeft een machine learning-techniek ontwikkeld die 3D-modellen en gerenderde afbeeldingen gebruikt om toezichtgegevens over bloemoriëntatie te genereren. Door een neurale netwerk toe te passen, worden de kenmerken van het bestuingsgedrag van bijen geëxtraheerd en vervolgens toegepast op bestuivingsalgoritmen.

Robotische Bestuivers in Verticale Landbouw: Wat de Toekomst Brengt

Om hun volledige potentieel te bereiken, is het essentieel dat robotische bestuivers hun reikwijdte uitbreiden. Ze moeten hun effectiviteit aantonen in een diverse reeks scenario’s voor gewasproductie. Met het oog op het feit dat elke plant of gewas zijn eigen complexiteit heeft, staan ontwikkelaars voor de uitdaging om deze technologieën aan te passen voor gewassen die verschillende bestuivingsmethoden vereisen.

De delicate aard van dit werk wordt verergerd door de risico’s die verbonden zijn aan het op afstand besturen van mechanische oplossingen, die potentieel de flora kunnen beschadigen. Een oplossing om dit risico te mitigeren kan zijn dat bestuivers werken met clusters van planten of gewassen, wat minder precisie vereist. Aan de andere kant kan individuele aandacht voor gewassen, vooral die welke precisiebestuiving nodig hebben, moeilijker zijn vanwege het potentieel voor luchtstroom om de werking te verstoren.

Samenwerking met experts zoals entomologen en landbouwwetenschappers is cruciaal om deze robotoplossingen flexibeler en aanpasbaarder te maken. Ondanks deze inspanningen betekent de enorme diversiteit aan gewassen, fruit en groenten die essentieel zijn voor ons dagelijks voedsel, dat er nog een aanzienlijke hoeveelheid werk moet worden gedaan.

Bovendien moeten deze robotoplossingen zich aanpassen aan de veranderende omstandigheden als gevolg van klimaatverandering om hun efficiëntie te behouden. Betaalbaarheid is een andere cruciale factor; een lagere prijs zou de toegang tot de concurrerende en voortdurend evoluerende landbouwsector verlagen.

De toekomst van robotische bestuivers is ook nauw verbonden met de groei van verticale landbouw. Terwijl veel experts verticale landbouw nog niet zien als een vervanging voor traditionele landbouw, erkennen ze wel zijn haalbaarheid voor het effectief telen van gewassen in beperkte ruimtes. Als verticale landbouw begint om traditionele methoden aanzienlijk te complementeren, zullen de kansen voor robotische bestuivers toenemen, waardoor diverse innovaties in het veld mogelijk worden.

Klik hier om te leren hoe robots de landbouw zoals we die kennen vandaag veranderen.