Kan robotbestøvere spille en rolle i vertikalt jordbruk?

Artikkelen fra 2023 viste til en prognose om at markedet for vertikalt jordbruk skulle vokse fra 5,6 milliarder dollar til 35 milliarder dollar i 2032. Det tilsvarer omtrent 6,25 ganger utgangsverdien. Dette var en daværende markedsprognose. Innovasjon og avansert teknologi kan støtte utviklingen, og robotbestøvning er ett mulig bruksområde.

Men for å forstå potensialet robotbestøvere har for vertikalt jordbruk, må vi ha en klar idé om hva disse kategoriene betyr. Vi vil derfor starte diskusjonen med korte oversikter over hva vertikalt jordbruk og robotbestøvere betyr.

Hva er vertikalt jordbruk?

Vertikalt jordbruk dyrker planter i stablede lag. Det kan utnytte plassen bedre når befolkningen vokser og egnet jordbruksareal er begrenset eller forringes. Dyrkingen foregår ofte i kontrollerte miljøer med akvaponikk, hydroponikk eller aeroponikk, som ikke krever vanlig dyrkingsjord. Akvaponikk kombinerer fiskeoppdrett og plantedyrking; det er ikke det samme som akvakultur alene.

I dag kan vi finne vertikale gårder i bygninger, i fraktcontainere og til og med under bakken, kjent som Deep Farms.

Vertikalt jordbruk kan spare plass og vann og gjøre produksjonen mindre væravhengig. Det kan redusere behovet for nye jordbruksarealer og enkelte oppgaver som pløying. Miljøgevinsten avhenger likevel av helheten: belysning, klimastyring, pumper og automatisering bruker energi. Avlingsvalg, anleggsutforming og energikilde har stor betydning.

Dickson Despommier bidro fra 1999 til å gjøre det moderne konseptet for urbant vertikalt jordbruk kjent. Dette var et viktig steg i dagens utvikling, ikke begynnelsen på all dyrking i flere nivåer. 

Klikk her for å lære mer om vertikalt jordbruk.

Hva er robotbestøvere?

Robotbestøvere finnes i flere former, blant annet kjørende roboter med armer og eksperimentelle flygende systemer. De undersøkes som støtte der naturlige bestøvere er få eller vanskelige å bruke. Forskere ved West Virginia University har utviklet flere robotkonsepter til dette.

Et lag ledet av Yu Gu, som da var førsteamanuensis innen maskin-, fly- og romfartsteknikk, arbeidet med StickBug: en robot med seks armer for bestøvning i drivhus. Universitetet presenterte utviklingsprosjektet i 2021. Den ønskede nytten kan beskrives på kort og lang sikt.

Deres umiddelbare formål er å utføre de repeterende, tidkrevende og arbeidsintensive oppgavene med blomsterinspeksjon, kartlegging, bestøvning og utviklingssporing, slik at bønder kan fokusere på såing, vanning og skadedyrkontroll.

På lengre sikt er målet å stelle planter mer effektivt, støtte matproduksjon ved nedgang i insektbestandene og samle inn flere plantedata. Yu Gu beskrev robotens arbeid slik:

«Den kartlegger miljøet, og når roboten har en generell idé om miljøet, vil den bygge opp en mer detaljert kartlegging av plantene og vite hvor blomstene er og hvilken blomst som må bestøves.»

Med tanke på disse evnene, la oss undersøke hvordan robotbestøvere kan bidra til vertikalt jordbruk.

Fordeler og ulemper med robotbestøvere

Robotbestøvere har potensial til å gi en rekke fordeler for landbruksindustrien.

Roboter kan arbeide lenger og etter mer fleksible planer enn manuell bestøvning tillater. Det kan redusere arbeidskostnader og støtte avlingene. Kontinuerlig drift avhenger likevel av vedlikehold, energi, miljø og når blomstene kan bestøves. Innsamlede data kan gi dyrkerne et bedre beslutningsgrunnlag.

Selvstendig registrering og styring gjør det mulig å tilpasse systemene til bestemte oppgaver. Antall og utforming kan avstemmes etter planter og bestøvningsbehov. Målrettet bestøvning kan forbedre ressursbruk og avlinger dersom metoden er dokumentert for den aktuelle veksten.

Med egnede tilleggssensorer kan robotene også samle informasjon om luft, vann og andre miljøfaktorer. Funksjonene avhenger av systemets utstyr.

Robotbestøvning kan redusere avhengigheten av levende bestøvere i drivhus. Den bekjemper derimot ikke automatisk skadedyr og fjerner ikke i seg selv behovet for plantevernmidler eller annen bekjempelse.

Men, selvfølgelig, er robotbestøvere ikke uten utfordringer:

• Robotbestøvning kan være dyr og erstatter ikke uten videre naturlige bestøvere i stor skala. Det finnes over 250 000 arter av blomsterplanter med ulike forhold til bestøverne sine. En metode for én vekst fungerer ikke automatisk for andre.
• Bruk i stor skala i naturen reiser økologiske spørsmål. Skader fra fremmede, invaderende arter illustrerer behovet for å vurdere nye inngrep grundig; robotene er ikke dermed selv en invaderende dyreart.
• Avhengighet av ett teknisk system kan øke sårbarheten for feil eller cyberangrep. Plantenes og pollenkildenes genetiske mangfold er også viktig for motstandskraft mot sykdom. Mindre mangfold følger ikke automatisk av robotbestøvning, men avhenger av valg innen dyrking og bestøvning.

Utfordringer med bestøvning i vertikalt jordbruk

Vertikalt jordbruk skapte høye forventninger. Thomas Graham, forsker på dyrking i kontrollerte miljøer ved University of Guelph i Ontario, så mulighet for et vesentlig bidrag til kostholdet. Samtidig møtte bedriftene inflasjon, høye energipriser og et stort, løpende strømbehov.

Mange vertikale gårder klarte ikke å gå utover et begrenset sett av produkter, som kun inkluderte grønne avlinger som salat og urter, som krever mindre vann og kan dyrkes raskt ved hjelp av hydroponikk.

Vertikalt jordbruk kan bidra mer til matforsyningen ved å utvide utvalget av vekster. Fruktbærende vekster som trenger bestøvning, må da få en egnet naturlig, manuell eller mekanisk metode. Ikke alle dyrkede planter trenger dyrebestøvere.

Den USDA-publikasjonen artikkelen viser til, understreker betydningen av dyrebestøvere. Andelen 35% gjelder det globale produksjonsvolumet fra vekster som er avhengige av bestøvere, ikke 35% av alle plantetyper. Artikkelen nevner også omtrent 75% av blomsterplantene. Bier er viktige — i USA finnes omtrent 4 000 stedegne biearter — men også veps, møll, fluer, sommerfugler, fugler og flaggermus kan bestøve.

Naturlige bestøvere kan ha vansker med å arbeide under kunstig lys og i lukkede dyrkingsmiljøer. Plantearten og typen bie påvirker også resultatet. Håndbestøvning er mulig, men kan bli dyr på grunn av tid og arbeidskraft.

Hvordan robotbestøvere takler disse utfordringene

Det finnes flere tekniske metoder. Noen brukes kommersielt, mens andre fortsatt er forskningsprototyper.

Robotbestøvere som ligner selvkjørende biler

Kjørende forskningsroboter kan bruke lidar til å lage et tredimensjonalt kart over drivhuset og navigere mellom radene. Kameraer hjelper med å finne planter og blomster i detalj. Armen føres så mot blomster som er klare for bestøvning.

I en kontaktbasert metode stryker en liten børste med fleksible polyuretanhår i enden av armen forsiktig over blomsten. Pollen overføres fra blomstens hannlige til hunnlige deler. En database registrerer behandlede blomster slik at unødvendig gjentakelse unngås.

Robotbestøvning som utnytter AI-drevne droner

En annen metode bruker små droner og AI til å gjenkjenne og måle egenskaper ved vekstene. Kameraer samler informasjon mens dronene flyr nær plantene. Under egnede forhold kan luftstrømmen få blomster til å vibrere og frigjøre pollen. Metoden må passe til blomsterbygningen og bestøvningsmekanismen.

En lysstyrt, myk flygerobot som forskningskonsept

Tampere University presenterte i 2023 FAIRY: en lett, løvetannfrølignende myk robot som bæres av vinden og kan styres med lys. Dette var en demonstrasjon av en flygende materialstruktur, ikke en dokumentert bestøvningsrobot i nanoskala.

Det kunstige frøet har en myk aktuator av lysfølsom flytende krystallelastomer. Synlig lys får hårene til å åpne eller lukke seg. Forskerne så fremtidige muligheter for å transportere pollen og styre det mot et område, men hadde ennå ikke vist presis bestøvning i jordbruk med pollenbærende frø.

Lys kan endre formen og dermed påvirke reaksjonen på vinden, avgang og landing. I 2023 gjensto blant annet spørsmål om presis landing, gjenbruk og biologisk nedbrytbarhet. Masseprodusert bestøvning var derfor ikke et ferdig bruksområde.

Kjørende bestøvningsroboter: muligheter for vertikalt jordbruk

Andre roboter kjører mellom planterader og sender ut luftpulser som får blomstene til å vibrere. I de beskrevne systemene håndterte en operatør blant annet skifte mellom rader via nettbrett, ved siden av autonome funksjoner. Utviklerne så muligheter for videre bruk i kontrollerte dyrkingsmiljøer.

Fordelene ved å bruke robotbestøvere i vertikalt jordbruk kan være flere.

Naturlige bestøvere kan bære og spre virus. Kommersielt oppdrettede bier brukes i jordbruk og kan i visse tilfeller overføre smittestoffer mellom drivhus og ville bestander. Dette er en mulig belastning i tillegg til blant annet tap av leveområder, klimaendringer og bruk av plantevernmidler.

Robotbestøvning kan redusere enkelte risikoer ved kommersielle bisamfunn. Kontaktroboter kan likevel selv trenge hygienerutiner. Strukturerte drivhus gjør navigeringen mer forutsigbar og beskytter mot en del værpåvirkning.

Selskaper innen robotbestøverområdet

Omtrent tre firedeler av de viktigste plantetypene som dyrkes for mat, har i noen grad nytte av dyrebestøvning. Det er ikke tre firedeler av det totale matvolumet. Blant selskapene som utvikler bestøvningssystemer, er:

1. Arugga

Arugga bygger roboter som finner blomster med maskinsyn og får dem til å vibrere med luftpulser. Selskapet bruker NVIDIA (NVDA ) Metropolis-plattformen. Artikkelen nevnte da 5,8 millioner dollar i innhentet kapital; dette er en historisk rapportert opplysning, ikke en aktuell finansieringssum.

NVIDIA beskrev i 2021 resultater på nivå med humlebestøvning og i enkelte tilfeller opptil 5% bedre. Dette var rapporterte forsøksresultater, ikke en generell avlingsgaranti. Robotene kan dessuten samle og analysere data.

Ifølge samme kilde rapporterte Arugga opptil 20% større avling enn ved manuell bestøvning i Australia, uten kvalitetstap. Det er en annen sammenligning enn den med humler. Polly ble brukt kommersielt til drivhustomater; jordbær, blåbær og andre vekster var utviklingsmuligheter, ikke alle dokumenterte kommersielle bruksområder.

Artikkelen meldte i 2023 at Agrifuturas finske tomatdrivhus på 4,6 hektar helt hadde gått over til robotbestøvning, noe selskapet presenterte som en verdenspremiere. En tidligere selskapsmelding beskrev avtalen om å ta robotene i bruk der.

2. Yamaha Motor

Yamaha Motor har lenge arbeidet med modernisering av landbruket og løsninger for Japans minkende og aldrende gruppe av bønder. Teknologien omfatter ubemannede industrihelikoptre, landbruksdroner, automatisk styrte støttekjøretøy og robotarmer.

I desember 2022 beskrev Yamaha utviklingen av kjøretøy til beskjæring, bestøvning, frukttynning, innhøsting og andre oppgaver i frukthager. Yamaha investerte to millioner dollar i newzealandske Robotics Plus i desember 2017 og ytterligere åtte millioner i november 2018, til sammen ti millioner. Robotics Plus utviklet blant annet ubemannede bakkekjøretøy, bestøvningsroboter samt høste- og pakkesystemer.

Artikkelen oppga for Yamaha Motor (YAMHF) en historisk kurs rundt 25 dollar, en oppgang siden årets start på 9,29%, en utbytteavkastning på 3,79% og et P/E-tall for de siste tolv månedene på 6,20. Dette var artikkeldata fra 2023, ikke aktuelle børsdata.

3. Edete Precision

Edete tilbyr kunstig bestøvning som tjeneste. I et forsøk i en kalifornisk pistasjplantasje i 2021 rapporterte selskapet i gjennomsnitt 24% større avling sammenlignet med kontrollgrupper, som supplement til vindbestøvning. Systemet 2Be fordeler nøye regulerte små pollenmengder under blomstringen. Artikkelen beskrev fokus på pistasj og daværende planer for mandler, kirsebær og avokado.

4. HarvestX

Japanske HarvestX utvikler robotikk og AI for blant annet automatisk bestøvning av jordbær. Selskapet offentliggjorde en finansieringsrunde på 150 millioner yen i mars 2022; det er ikke nødvendigvis summen av all tidligere finansiering. Opplysningen hører til den historiske utviklingsfasen i artikkelen.

HarvestX bruker 3D-modeller og datagenererte bilder til å lage treningsdata om blomstenes retning. Selskapet analyserer også biers atferd med nevrale nettverk og bruker relevante bevegelsesmønstre i bestøvningsalgoritmer. Det er beslektede teknikker, ikke én identisk algoritme.

Robotbestøvere i vertikalt jordbruk: Hva fremtiden bringer

Robotbestøverne må utvikles videre og vise effekt i flere dyrkingssituasjoner. Hver vekst har egne behov, og teknologien må tilpasses ulike bestøvningsmetoder.

Blomster er skjøre. Feilrettede mekaniske bevegelser eller luftstrømmer kan skade dem. Behandling av plantegrupper kan forenkle plasseringen, mens vekster som trenger svært presis bestøvning, krever nøye tilpasset individuell behandling.

Samarbeid med entomologer og landbruksforskere er viktig for å gjøre systemene mer fleksible. Det store mangfoldet av vekster, frukt og grønnsaker betyr likevel at mye utviklingsarbeid gjenstår.

Systemene må også tilpasses endrede forhold som følger av klimaendringer. Lavere priser kan redusere barrierene for dyrkere i en konkurranseutsatt landbrukssektor i utvikling.

Robotbestøvning kan utvikles sammen med vertikalt jordbruk. Denne dyrkingsformen trenger ikke erstatte tradisjonelt jordbruk fullt ut for å være nyttig: den kan produsere bestemte vekster på liten plass og supplere andre metoder. En større supplerende rolle gir flere muligheter for egnede bestøvningsteknikker.

Klikk her for å lære hvordan robotikk endrer landbruket slik vi kjenner det i dag.