Kan robotpollinatörer spela en roll i vertikal odling?

Artikeln från 2023 hänvisade till en prognos där marknaden för vertikal odling skulle växa från 5,6 miljarder dollar till 35 miljarder dollar 2032. Det motsvarar ungefär 6,25 gånger utgångsvärdet. Det var en dåtida marknadsprognos. Innovation och avancerad teknik kan stödja utvecklingen, och robotpollinering är en möjlig tillämpning.

Men för att förstå den potential som robotpollinatörer har för vertikal odling, måste vi ha en klar bild av vad dessa kategorier betyder. Vi kommer därför att inleda diskussionen med korta översikter av vad vertikal odling och robotpollinatörer innebär.

Vad är vertikal odling?

Vertikal odling innebär att grödor odlas i staplade lager. Det kan utnyttja utrymmet effektivare när befolkningen växer och lämplig jordbruksmark är begränsad eller försämras. Ofta sker odlingen i en kontrollerad miljö med akvaponik, hydroponik eller aeroponik, som inte kräver vanlig odlingsjord.

Numera kan vi hitta vertikala gårdar i byggnader, i fraktcontainrar och till och med under marken, kända som Deep Farms.

Vertikal odling kan spara mark och vatten och göra produktionen mindre väderberoende. Den kan minska behovet av ny jordbruksmark och vissa arbeten, exempelvis plöjning. Miljövinsten är dock beroende av helheten: belysning, klimatreglering, pumpar och automation förbrukar energi. Grödval, anläggningens utformning och energikälla spelar stor roll.

Dickson Despommier bidrog från 1999 till att göra det moderna konceptet för urban vertikal odling känt. Det var ett viktigt steg för dagens utveckling, inte ursprunget till alla former av odling i flera nivåer.

Klicka här för att lära dig mer om vertikal odling.

Vad är robotpollinatörer?

Robotpollinatörer finns i flera former, exempelvis rullande robotar med armar och experimentella flygande system. De undersöks som stöd där naturliga pollinatörer är få eller svåra att använda. Forskare vid West Virginia University har utvecklat flera robotkoncept för detta.

Ett team lett av Yu Gu, då universitetslärare inom maskin- och flyg- och rymdteknik, arbetade med StickBug: en sexarmad robot för pollinering i växthus. Universitetet presenterade utvecklingsprojektet 2021. Den avsedda nyttan kan beskrivas på kort och lång sikt.

Deras omedelbara syfte är att utföra de repetitiva, tidskrävande och arbetsintensiva uppgifterna med blominspektion, kartläggning, pollinering och utvecklingsspårning, vilket frigör jordbrukare att fokusera på plantering, bevattning och skadedjurskontroll.

På längre sikt är målet att sköta plantor mer effektivt, stödja livsmedelsproduktion när insekterna minskar och samla ytterligare gröddata. Yu Gu beskrev robotens arbetssätt så här:

Den kartlägger miljön, och när roboten har en allmän uppfattning om miljön kommer den att bygga upp en mer detaljerad kartläggning av växterna och veta var blommorna är och vilken blomma som behöver pollineras.

När vi tar hänsyn till dessa kapaciteter, låt oss undersöka hur robotpollinatörer kan bidra till vertikal odling.

Fördelar och nackdelar med robotpollinatörer

Robotpollinatörer har potential att erbjuda en rad fördelar för jordbruksindustrin.

Robotar kan ge längre och mer flexibla arbetspass än manuell pollinering, vilket kan minska arbetskostnader och stödja skörden. Kontinuerlig drift beror dock på underhåll, energi, miljö och när blommorna kan pollineras. Insamlade gröddata kan ge odlarna bättre beslutsunderlag.

Autonom avkänning och styrning gör det möjligt att anpassa systemen till bestämda uppgifter. Antalet robotar och deras konstruktion kan anpassas efter grödor och pollineringsbehov. Riktad pollinering kan förbättra resursutnyttjande och skörd om metoden har verifierats för grödan.

Med lämpliga extra sensorer kan robotarna även samla information om luft, vatten och andra miljöfaktorer. Funktionerna beror på hur systemet är utrustat.

Robotpollinering kan minska beroendet av levande pollinatörer i växthus. Den bekämpar däremot inte automatiskt skadedjur och eliminerar inte behovet av växtskyddsmedel eller annan bekämpning.

Men naturligtvis är robotpollinatörer inte utan problem:

• Robotpollinering kan vara kostsam och ersätter inte utan vidare naturliga pollinatörer i stor skala. Det finns över 250 000 arter av blommande växter med olika relationer till sina pollinatörer. En metod för en gröda fungerar inte automatiskt för andra.
• Storskalig användning i naturen väcker ekologiska frågor. Skador från invasiva främmande arter illustrerar vikten av att bedöma nya ingrepp noggrant; robotarna är inte därmed själva en invasiv djurart.
• Beroende av ett enda tekniskt system kan öka sårbarheten för fel eller cyberattacker. Växternas och pollenkällornas genetiska mångfald är också viktig för motståndskraft mot sjukdomar. Minskad mångfald är inte en automatisk följd av robotpollinering utan beror på odlings- och pollineringsval.

Utmaningar med pollinering i vertikal odling

Vertikal odling väckte höga förväntningar. Thomas Graham, forskare inom odling i kontrollerad miljö vid University of Guelph i Ontario, såg möjlighet till ett betydande bidrag till vår kost. Samtidigt mötte företagen inflation, stigande energipriser och ett stort, löpande elbehov.

Många vertikala gårdar misslyckades med att gå bortom ett specifikt utbud, som bara inkluderade gröna grödor, såsom sallad och örter, som krävde mindre vatten och kunde odlas snabbt med hjälp av hydroponik.

För att bidra mer till livsmedelsförsörjningen kan vertikal odling bredda utbudet. Fruktbärande grödor som behöver pollinering kräver då en lämplig metod, naturlig, manuell eller mekanisk. Alla odlade grödor behöver inte djurpollinatörer.

Den USDA-publikation som artikeln hänvisar till betonar djurpollinatörernas betydelse. Andelen 35% gäller den globala produktionsvolymen från grödor som är beroende av pollinatörer, inte 35% av alla grödtyper. Artikeln nämner också omkring 75% av blomväxterna. Bin är viktiga — i USA finns ungefär 4 000 inhemska biarter — men även getingar, nattfjärilar, flugor, fjärilar, fåglar och fladdermöss kan pollinera.

Naturliga pollinatörer kan ha svårt att arbeta under konstljus och i slutna odlingsmiljöer. Även grödan och typen av bi påverkar resultatet. Handpollinering är möjlig, men kan bli dyr på grund av tidsåtgång och arbetsbehov.

Hur robotpollinatörer tacklar dessa utmaningar

Det finns flera tekniska metoder. Vissa används kommersiellt, medan andra fortfarande är forskningsprototyper.

Robotpollinatörer som liknar självkörande bilar

Rullande forskningsrobotar kan använda lidar för att skapa en tredimensionell karta över växthuset och navigera mellan raderna. Kameror hjälper till att lokalisera plantor och blommor i detalj. Armen förs sedan mot de blommor som är redo för pollinering.

I en kontaktbaserad metod stryker en liten borste med flexibla polyuretanborst i armens ände försiktigt över blomman. Pollen överförs från blommans hanliga till honliga delar. En databas registrerar vilka blommor som redan behandlats så att onödiga upprepningar undviks.

Robotpollinering med AI-drivna drönare

En annan metod använder små drönare och AI för att identifiera och mäta grödornas egenskaper. Kameror samlar information när drönarna flyger nära växterna. Under lämpliga förhållanden kan luftströmmen få blommorna att vibrera och frigöra pollen. Metoden måste passa grödans blomstruktur och pollineringssätt.

En ljusstyrd mjuk flygrobot som forskningskoncept

Tammerfors universitet presenterade 2023 FAIRY: en lätt, maskrosfröliknande mjuk robot som bärs av vinden och kan styras med ljus. Det var en demonstration av en flygande materialstruktur, inte en bevisad pollineringsrobot på nanoskala.

Det konstgjorda fröet har ett mjukt ställdon av ljuskänslig flytande kristallelastomer. Synligt ljus får borsten att öppnas eller slutas. Forskarna såg en framtida möjlighet att bära pollen och styra det mot ett område, men hade ännu inte visat exakt jordbrukspollinering med pollenlastade frön.

Ljus kan ändra formen och därmed påverka hur roboten reagerar på vinden och lyfter eller landar. Under 2023 återstod bland annat frågor om exakt landning, återanvändning och biologisk nedbrytbarhet. Massproducerad pollinering var alltså inte en färdig tillämpning.

Rullande pollineringsrobotar: möjligheter för vertikal odling

Andra robotar rör sig mellan växtrader och avger luftpulser som får blommor att vibrera. I de beskrivna systemen hanterade en operatör bland annat bytet mellan rader via surfplatta, vid sidan av autonoma funktioner. Utvecklarna såg möjligheter till vidare användning i kontrollerade odlingsmiljöer.

Fördelarna med att använda robotpollinatörer i vertikal odling kan vara flera.

Naturliga pollinatörer kan bära och sprida virus. Kommersiellt uppfödda bin används i jordbruket och kan i vissa fall föra smittämnen mellan växthus och vilda populationer. Det är en möjlig belastning utöver bland annat habitatförlust, klimatförändringar och användning av bekämpningsmedel.

Robotpollinering kan minska vissa risker med kommersiella bisamhällen. Kontaktrobotar kan dock själva behöva hygienrutiner. Strukturerade växthus gör navigeringen mer förutsägbar och skyddar mot en del väderpåverkan.

Företag inom robotpollinatörsområdet

Omkring tre fjärdedelar av de viktigaste grödtyperna gynnas i någon grad av djurpollinering. Det betyder inte tre fjärdedelar av den totala livsmedelsvolymen. Bland företagen som utvecklar pollineringssystem finns:

1. Arugga

Arugga bygger robotar som identifierar blommor med datorseende och använder luftpulser för att få dem att vibrera. Företaget använder NVIDIA (NVDA ) Metropolis-plattformen. Artikeln nämnde då 5,8 miljoner dollar i insamlat kapital; det är en historiskt rapporterad uppgift, inte ett aktuellt finansieringsbelopp.

NVIDIA beskrev 2021 resultat i nivå med humlepollinering och i vissa fall upp till 5% bättre. Det var rapporterade försöksresultat, inte en generell skördegaranti. Robotarna kan dessutom samla in och analysera data.

Enligt samma källa rapporterade Arugga upp till 20% större skörd jämfört med manuell pollinering i Australien, utan kvalitetsförlust. Det är en annan jämförelse än den med humlor. Polly användes kommersiellt för växthustomater; jordgubbar, blåbär och andra grödor var utvecklingsmöjligheter, inte alla bevisade kommersiella tillämpningar.

Artikeln rapporterade 2023 att Agrifuturas finländska tomatväxthus på 4,6 hektar helt hade övergått till robotpollinering, vilket företaget presenterade som en världspremiär. Ett tidigare företagsmeddelande beskrev avtalet om robotarnas införande där.

2. Yamaha Motor

Yamaha Motor har länge arbetat med att modernisera jordbruket och utveckla lösningar för Japans krympande och åldrande grupp av lantbrukare. Företagets teknik omfattar obemannade industrihelikoptrar, jordbruksdrönare, automatiskt styrda stödfordon och robotarmar.

I december 2022 beskrev Yamaha utvecklingen av fordon för beskärning, pollinering, fruktgallring, skörd och andra arbeten i fruktodlingar. Yamaha investerade två miljoner dollar i nyzeeländska Robotics Plus i december 2017 och ytterligare åtta miljoner i november 2018, totalt tio miljoner. Robotics Plus utvecklade bland annat obemannade markfordon, pollineringsrobotar samt skörde- och packningssystem.

Artikeln angav för Yamaha Motor (YAMHF) en historisk kurs runt 25 dollar, en uppgång sedan årets början på 9,29%, en direktavkastning på 3,79% och ett P/E-tal för de senaste tolv månaderna på 6,20. Det var artikeluppgifter från 2023, inte aktuella börsdata.

3. Edete Precision

Edete erbjuder konstgjord pollinering som tjänst. I ett försök i en kalifornisk pistageodling 2021 rapporterade företaget i genomsnitt 24% större skörd jämfört med kontrollgrupper, som komplement till vindpollinering. Systemet 2Be sprider noggrant reglerade små pollenmängder under blomningen. Artikeln beskrev fokus på pistage och dåtida planer för mandel, körsbär och avokado.

4. HarvestX

Japanska HarvestX utvecklar robotik och AI för bland annat automatisk pollinering av jordgubbar. Företaget offentliggjorde en finansieringsrunda på 150 miljoner yen i mars 2022; det är inte nödvändigtvis summan av all tidigare finansiering. Uppgiften hör till den historiska utvecklingsfasen i artikeln.

HarvestX använder 3D-modeller och renderade bilder för att skapa träningsdata om blommornas riktning. Företaget analyserar också bins beteende med neurala nätverk och använder relevanta rörelsemönster i pollineringsalgoritmer. Det är närliggande tekniker, inte en enda identisk algoritm.

Robotpollinatörer i vertikal odling: Vad framtiden bär med sig

För att robotpollinatörer ska uppnå sin verkliga potential är mer arbete med att bredda deras räckvidd avgörande. De måste demonstrera sin effektivitet över ett brett spektrum av grödscenarier. Med tanke på att varje växt eller gröda har sina egna komplexiteter står utvecklare inför utmaningen att anpassa dessa teknologier för grödor som kräver olika pollineringsmetoder.

Blommor är ömtåliga. Felriktade mekaniska rörelser eller luftströmmar kan skada dem. Att behandla grupper av plantor kan förenkla positioneringen, medan grödor som behöver mycket exakt pollinering kräver noggrant anpassad individuell behandling.

Samarbete med experter såsom entomologer och jordbruksvetenskapsmän är nyckeln till att göra dessa robotlösningar mer flexibla och anpassningsbara. Trots dessa insatser innebär den stora mångfalden av grödor, frukter och grönsaker som är nödvändiga för vår dagliga konsumtion att det fortfarande finns mycket arbete kvar att göra.

Dessutom måste dessa robotlösningar anpassa sig till de förändrade förhållanden som klimatförändringarna medför för att behålla effektiviteten. Prisvärdhet är en annan kritisk faktor; mer tillgängliga priser skulle sänka inträdesbarriärerna i den konkurrensutsatta och ständigt utvecklande jordbruksindustrin.

Robotpollinering kan utvecklas tillsammans med vertikal odling. Den odlingsformen behöver inte ersätta traditionellt jordbruk helt för att vara värdefull: den kan producera vissa grödor på liten yta och komplettera andra metoder. Om den kompletterande rollen växer ökar möjligheterna för lämpliga pollineringstekniker.

Klicka här för att lära dig hur robotik förändrar jordbruket som vi känner det idag.