Kan robotbestøvere spille en rolle i vertikalt jordbruk?

Vertikalt jordbruksmarked er på vei mot eksponentiell vekst, og vokser fra en verdivurdering på 5,6 milliarder dollar til en forventet 35 milliarder innen 2032 — nesten en syvfold økning innen et tiår. For å utnytte dette voksende markedet er innovasjon og bruk av avanserte teknologier essensielt. Robotbestøvere, eller ‘robotbier’, fremstår som potensielt transformative i dette området.

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 er en landbruksmetode/teknikk for å dyrke avlinger i vertikalt stablede lag. Tradisjonelt landbruk har vært horisontalt, med avlinger dyrket på jordbruksland. Men ettersom det fruktbare jordarealet på planeten er konstant og den globale befolkningen stadig øker, har vertikalt jordbruk dukket opp som en løsning, hovedsakelig utført i kontrollerte miljøer med teknikker som akvakultur, hydroponikk og aeroponikk som gjør jordens nødvendighet overflødig.

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

Fordelene med vertikalt jordbruk er mange. Det er mer effektivt, værbestandig og et sunnere alternativ fra et miljøvernperspektiv. Det krever ikke avskoging, ofte en forløper til tradisjonelle jordbrukssykluser, og det krever heller ikke mange konvensjonelle jordbruksaktiviteter med høyt karbonavtrykk, inkludert pløying, såing og innhøsting med landbruksmaskiner.

Konseptet med vertikalt jordbruk ble pionert av Dickson Despommier i 1999, og markerte begynnelsen på det som nå er et fremvoksende anvendelsesområde. Det er dette fundamentet som setter vertikalt jordbruk på vei mot å utvikle seg og diversifisere i årene som kommer. 

Klikk her for å lære mer om vertikalt jordbruk.

Hva er robotbestøvere?

Kort sagt ligner robotbestøvere på overdimensjonerte bier utstyrt med hjul og en arm. Denne teknologiske innovasjonen er designet for å takle den presserende mangelen på naturlige bestøvere, som bier, som utgjør en betydelig utfordring for global matproduksjon. Som svar på denne utfordringen utviklet forskere ved West Virginia University en robotbestøver.

Modellen laget av Yu Gu, førsteamanuensis ved Institutt for Mekanisk og Romfartsingeniør ved universitetet, har en seks-armet robot ment å bistå med bestøvning i drivhusmiljøer, og kan håndtere en rekke avlinger. Formålet med robotbestøvere er todelt.

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 lang sikt har robotbestøveren som mål å ta vare på individuelle avlinger med optimalisert effektivitet, sikre matproduksjon i perioder med nedgang i insektbestanden, og tilby merverdier som avlingsdatasporing. Diskuterende den operative visjonen for robotbestøveren, sa Yu Gu:

«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.

Ved å operere 24/7 tilbyr robotbestøvere større effektivitet enn mennesker, reduserer arbeidskostnader og øker matutbyttet. De kan arbeide kontinuerlig, dag og natt, selv under tøffe forhold. Dessuten gir deres evne til å samle inn og analysere avlingsdata bønder presis kontroll over dyrkingen, noe som muliggjør mer informerte landbruksbeslutninger.

Den samme teknologiske oppfinnsomheten som gjør at disse robotbestøverne kan fungere autonomt, gjør dem også tilpassbare for spesifikke landbruksoppgaver. De kan skaleres opp eller ned avhengig av avlingens størrelse og bestøvningsbehovet på gårdene. Disse maskinene kan også bestøve spesifikke planter eller områder mer presist enn tradisjonelle metoder, noe som forbedrer ressursutnyttelse og matutbytte.

I tillegg til bestøvning kan disse robotene også måle luft, vann og andre miljøfaktorer i sanntid, noe som bidrar til tryggere og mer bærekraftig jordbruk.

Ved å eliminere behovet for pesticider eller andre giftstoffer, appellerer robotbestøvere til bønder som ønsker å redusere sin miljøpåvirkning og forbedre driften.

Men, selvfølgelig, er robotbestøvere ikke uten utfordringer:

• Til tross for nylige teknologiske fremskritt er robotbestøvning kostbar og langt fra å kunne erstatte naturlige bestøvere som bier for å befrukte avlinger effektivt. Dessuten finnes det over 250 000 arter av blomstrende planter på planeten, og de samhandler på unike måter med pollenvektorer.
• Siden fremmede invasive arter forårsaker utryddelser og forstyrrer økosystemfunksjoner og -tjenester, kan robotbestøvning skade bredere økosystemer.
• Å stole på en enkelt bestøver øker sårbarheten gjennom svikt i kompleks teknologi eller cyberangrep, noe som kan føre til alvorlig matsikkerhetskrise. Videre kan redusert genetisk mangfold påvirke blomsternes evne til å motstå sykdommer og gjøre dem mindre robuste.

Utfordringer med bestøvning i vertikalt jordbruk

Vertikalt jordbruk startet med mye oppstyr. Thomas Graham, forsker på kontrollert miljøjordbruk ved University of Guelph i Ontario, mente vertikale gårder «hadde potensial til å bidra med en meningsfull mengde til kostholdet vårt». Selv om det startet med store forventninger, har vertikalt jordbruk møtt sin andel av utfordringer. Disse utfordringene inkluderte inflasjon, skyhøye energipriser, konstant behov for betydelig elektrisitet, og mer.

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.

For at vertikale jordbrukspraksiser skal oppnå sitt sanne potensial og ta et meningsfullt skritt mot å løse utfordringene med matsikkerhet, må de utvide sortimentet av avlinger de kan tilby og produsere. Denne utvidelsen ville ikke være mulig uten hjelp fra bestøvere.

Ifølge en studie publisert av National Institute of Food and Agriculture, United States Department of Agriculture, viser at omtrent 75 % av verdens blomstrende planter og 35 % av verdens matavlinger er avhengige av dyrebestøvere for å produsere. Mens bier er den mest fremtredende typen bestøvere – med over 4 000 biearter i Amerika – som hjelper til med å øke avlingsutbyttet, inkluderer bestøvere også veps, møll, fluer, sommerfugler, fugler, flaggermus og mer.

Disse naturlige bestøverne har vanskelig for å utføre jobben sin i vertikalt jordbruk. Tamme honningbier, en av de mest populære bestøverne for kommersielt jordbruk, har problemer med å navigere under kunstig lys. Håndbestøvning er heller ikke økonomisk levedyktig da det krever mye tid, innsats og kostnad.

Hvordan robotbestøvere takler disse utfordringene

Det finnes mer enn én måte robotbestøvere kan fungere på. Vi vil se på noen av de virkelige bruksområdene hvor robotbestøvere har blitt implementert med suksess.

Robotbestøvere som ligner selvkjørende biler

Disse typene robotbestøvere utnytter Light Detection and Ranging‑teknologi (LIDAR) i starten. De bruker først laser for å lage et tredimensjonalt kart over drivhuset for å forstå hvordan de skal navigere. Den beveger seg gjennom drivhusradene for å nå så mange blomster som mulig med armen sin og fanger høyoppløselige, tredimensjonale kart av avlingene. Når den lokaler eller identifiserer blomstene som er klare for bestøvning, går den videre til neste fase.

Den bruker en liten, tredimensjonalt 3D‑printet børste med fleksible polyuretanbørstehår på enden av armen for å stryke blomstene forsiktig. Dette resulterer i overføring av pollen fra de mannlige reproduktive organene, og bestøvning starter. Robotens minne hjelper den å huske allerede bestøvede planter slik at den ikke gjentar seg og får jobben gjort så raskt som mulig.

Robotbestøvning som utnytter AI-drevne droner

En annen tilnærming til robotbestøvning har basert seg på å utnytte mini‑droner. Den bruker AI‑drevet programvare for å dirigere disse dronene til å gjenkjenne og måle viktige egenskaper hos avlinger. Disse dronene flyr nær plantene og bruker kamerasensorer for å fange den nødvendige informasjonen. Når de atmosfæriske forholdene inne i drivhuset er optimale for bestøvning, begynner dronene å forstyrre luften rundt dem. Den rystende luften får blomstene til å vibrere, som til slutt ryster pollen ut av dem og starter bestøvning.

Nanorobot-bestøver

Forskere fra Tampere University i Finland har utviklet en type nanorobot‑bestøver som fungerer på prinsippet om aero‑robotikk basert på lys‑responsive materialer. Med andre ord er dette flygende roboter bygget på en samling av lys‑følsomme materialer.

Lys fungerer som en kontrollmekanisme for disse robotene, som retter seg mot områder som krever bestøvning. Denne metoden har vist seg effektiv for presis spredning av kunstige frø lastet med pollen. Hvert kunstig frø er utstyrt med en fleksibel aktuator laget av lys‑følsomme flytende krystall‑elastomerer, som får hårene til å åpne eller lukke seg ved eksponering for synlig lys.

Bruken av lys gjør også at robotbestøverne kan endre formen på den myke robotens struktur, slik at den kan tilpasse seg kraften og retningen til vinden. Selv om den ennå ikke er tilgjengelig for masseproduksjon, krever denne robotteknologien fortsatt videre finjustering av frø‑landingskapasiteten.

Rovende bakkebestøvere: En potensiell konkurrent i vertikalt jordbruks løsningsrom

Teknologidevelopere har også introdusert bakkebestøvere som beveger seg mellom rader av planter, og sender luftpulser for å lette bestøvning. Selv om de fortsatt er i en utviklingsfase som krever menneskelige operatører for å styre robotenes bevegelse mellom radene via et nettbrett, har disse maskinene allerede oppnådd et tilfredsstillende nivå av autonomi. Utviklerne tror at disse robotene snart kan bli effektive i vertikale jordbruksoppsett.

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

Naturlige bestøvere, uavhengig av deres kostnadseffektivitet og effektivitet, kan spre virus. Tradisjonelt jordbruk bruker ofte kommersielt produserte bier som naturlige bestøvere. Disse biene bærer risikoen for å unnslippe kontrollerte drivhusinnstillinger og infisere ville biepopulasjoner, noe som potensielt forverrer et allerede kritisk problem: den synkende insektpopulasjonen, som drives av klimaendringer, rask urbanisering og bruk av pesticider.

Robotbestøvere kan bidra til å hindre at disse infeksjonene sprer seg. De er også svært effektive når de beveger seg i strukturerte miljøer og unngår uforutsigbart vær og temperaturer.

Selskaper innen robotbestøverområdet

Gitt at over 75 % av verdens matavlinger i minst en viss grad er avhengige av bestøvning av insekter og andre dyr, arbeider selskaper ivrig med robotbestøvere, inkludert:

1. Arugga

Dette selskapet, som har samlet inn 5,8 millioner dollar til dags dato, bygger AI‑drevne roboter som bruker datamaskinsyn, utviklet via NVIDIA Metropolis‑plattformen, for å identifisere blomster klare for bestøvning og deretter starte prosessen ved å skyte luftpulser mot dem.

Mens robotenes ytelse er på nivå med humlebier, og i noen tilfeller bedre med opptil 5 %, kommer den også med evnen til å samle inn og analysere data underveis.

Aruggas roboter har demonstrert avlingsforbedringer på opptil 20 % uten å gå på akkord med kvaliteten. Deres rovende bakkebot, Polly, fungerer med jordbær, blåbær, tomater og andre avlinger.

Nylig konverterte selskapet det finske Agrifutura‑drivhuset på 4,6 hektar til verdens første anlegg som fullt ut utnytter robotbestøvningsteknologi.

2. Yamaha Motor

Yamaha Motor har lenge vært en aktør i moderniseringen av landbruket og har arbeidet med løsninger for Japans krympende og aldrende bøndepopulasjon. Selskapet har utviklet industrielle ubemannede helikoptre, landbruksdroner, auto‑styrte støttekjøretøy, robotarmer og mer.

I desember 2022 sa Yamaha: «Vi utvikler kjøretøy som umiddelbart vil være klare til bruk i beskjæring, bestøvning, frukttynning, innhøsting og andre oppgaver i slike frukthager.» For noen år siden investerte et japansk produksjonsselskap 10 millioner dollar i Robotics Plus, som utvikler generelle UGV‑er samt robotbestøvere, høstemaskiner og pakkesystemer.

Yamaha Motor‑aksjer (YAMHF) handles for tiden til $25, opp 9,29 % år‑til‑dato, med en utbytteavkastning på 3,79 % og en P/E (TTM) på 6,20.

3. Edete Precision

Dette agri‑tech‑oppstartsselskapet bygger robotbestøvere og tilbyr kunstig bestøvning som en tjeneste (APaS). Ved å supplere vindbestøvning økte Edete Precision avkastningen i en pistacjogård i California med 24 %. Selskapets robotbestøver 2BeTM utfører kunstig bestøvning ved å distribuere nøye kontrollerte og håndterte mikroskopiske pollenmengder i blomstringsperioden. For øyeblikket fokusert på pistachjer, har Edete som mål å gå over til mandler, kirsebær og avokado.

4. HarvestX

Etter å ha samlet inn 150 millioner yen til dags dato, utvikler det japanske HarvestX robotikk‑ og AI‑teknologier for å løse ulike problemer i landbruksindustrien. Dette inkluderer automatisert bestøvning av jordbær ved hjelp av roboter.

Selskapet har utviklet en maskinlæringsteknikk som bruker 3D‑modeller og renderte bilder for å generere overvåket data om blomsterorientering. Ved å anvende et nevralt nettverk ekstraherer de egenskapene til bie‑bestøvningsatferd og anvender dem på bestøvningsalgoritmer.

Robotbestøvere i vertikalt jordbruk: Hva fremtiden bringer

For at robotbestøvere skal oppnå sitt fulle potensial, er mer arbeid mot å utvide deres omfang essensielt. De må demonstrere sin effektivitet på tvers av et mangfold av avlingsscenarier. Med tanke på at hver plante eller avling har sine egne kompleksiteter, står utviklere overfor utfordringen med å tilpasse disse teknologiene for avlinger som krever ulike bestøvningsmetoder.

Den skjøre naturen av dette arbeidet forsterkes av risikoene knyttet til fjernstyring av mekaniske løsninger, som potensielt kan skade floraen. En løsning for å dempe denne risikoen kan innebære at bestøvere arbeider med klynger av planter eller avlinger, noe som krever mindre presisjon. På den annen side kan individuell oppmerksomhet til avlinger, spesielt de som krever presis bestøvning, være mer utfordrende på grunn av potensiell luftstrøm som forstyrrer driften.

Samarbeid med eksperter som entomologer og landbruksvitere er nøkkelen til å gjøre disse robotløsningene mer fleksible og tilpasningsdyktige. Til tross for disse innsatsene betyr den enorme variasjonen av avlinger, frukter og grønnsaker som er essensielle for vårt daglige forbruk, at det fortsatt er betydelig arbeid som gjenstår.

Videre må disse robotløsningene tilpasse seg de endrede forholdene som følge av klimaendringer for å opprettholde effektiviteten. Prisgunstighet er en annen kritisk faktor; mer tilgjengelige priser vil senke barrierene for å komme inn i den konkurranseutsatte og stadig utviklende landbruksindustrien.

Fremtiden for robotbestøvere er også tett knyttet til veksten av vertikalt jordbruk. Selv om mange eksperter ennå ikke ser vertikalt jordbruk som en erstatning for tradisjonelt jordbruk, anerkjenner de dets levedyktighet for effektiv dyrking av avlinger i begrensede rom. Dersom vertikalt jordbruk begynner å komplementere tradisjonelle metoder i betydelig grad, vil mulighetene for robotbestøvere utvide seg, og bane vei for ulike innovasjoner på feltet.

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