Примерно треть мировых продовольственных культур нуждаются в помощи с опылением, но более 40% видов насекомых, которые выполняют эту роль, находятся под угрозой вымирания. Исследователи искали решение проблемы в различных областях. Некоторые ученые сосредоточились на способах защиты пчел и других важнейших опылителей, а другие начали искать ключ за пределами естественного мира.

Так некоторые инженеры пришли к выводу, что армия роботизированных опылителей поможет сохранить урожайность культур. Этой мыслью руководствовалась команда исследователей в Японии во время разработки маленького дрона, способного опылять цветы.

Изучив медоносных пчел, старший научный сотрудник Национального института передовой промышленной науки и технологии Эидзиро Мияко (Eijiro Miyako) и его коллеги поняли, что с помощью дрона и жидкого ионного геля можно собрать пыльцу с одного цветка и поместить на другой. За основу ученые взяли модифицированную версию доступного квадрокоптера PXY CAM.



В ходе исследования на мухах и муравьях ученые поняли, что нельзя просто нанести гель непосредственно на гладкую поверхность маленького летающего робота. Вместо этого им нужно было что-то вроде кисти, которая собирает пыльцу c цветка. Тогда японские ученые приклеили к поверхности дрона полоску из меха, а затем нанесли на нее ионный гель.



Предыдущие попытки создать искусственные опылители так и не реализовались в сколько-нибудь успешный проект, однако доктору Мияко это удалось. Во время эксперимента квадрокоптер долетел до цветка лилии, собрал на «щетке» пыльцу с пыльника и доставил к рыльцу другого цветка.


Сбор пыльцы

Результаты показали, что дрон действительно способен перенести пыльцу с одного цветка на другой почти с тем же успехом, как это делают пчелы и другие опылители. Ученым осталось проверить, получатся ли в результате такого опыления семена.


Опыление

На данный момент квадрокоптеры Мияко управляются человеком-оператором. В дальнейшем исследователям потребуется разработать систему «зрения», которая позволит дронам распознавать цветы самостоятельно. Сегодня программное обеспечение визуального распознавания достаточно развито, поэтому ученые уверены, что им не составит особого труда разработать что-то и для своего детища. Однако как уместить подобную систему, потребляющую десятки, а иногда сотни ватт энергии в таком маленьком беспилотнике, исследователи не сообщают.

Успех, которого достигла команда Мияко и других исследователей – это лишь первый шаг. Ученые могут создать инструмент, способный опылять растения, но им еще предстоит выяснить, как применить концепцию в массовом масштабе, необходимом, чтобы сделать его полезным для фермеров.

Сейчас многие фермеры в основном полагаются на домашних медоносных пчел. Они живут в плотных популяциях – по несколько десятков тысяч рабочих пчел в каждом улье. Очевидно, что замена такой «армии» на дроны потребует вложения весьма значительных сумм.

Сельскохозяйственные экономисты также разделяют это мнение. Вот как они аргументируют свою точку зрения: если, например, производитель миндаля платит арендную плату в размере 150 долларов за один улей на 30 тысяч рабочих пчел, то приблизительно ? цента приходится на одну пчелу. Если пчелы работают в роще две недели, то эта сумма доходит до 0,035 цента в день. Таким образом дроны-опылители должны значительно упасть в цене, прежде чем они будут способны конкурировать с пчелами.

У некоторых специалистов также возникают вопросы относительно того, как квадрокоптеры будут приспосабливаться под строение каждого конкретного цветка, чтобы не повредить его. Несмотря на то, что дрон смог перенести пыльцу с одного цветка на другое, есть опасения, что само устройство может повредить цветы. Машина, натыкаясь на орган размножения, может фактически “сшибить” его или сломать рыльце.

Скептики утверждают, что лилия была выбрана учеными для того, чтобы облегчить дрону задачу, поскольку форма цветка никак не препятствует опылению. Чтобы расширить область применения технологического опыления до небольших и более сложных цветочных структур, дроны должны стать более гибкими в управлении. Команда исследователей из лаборатории Microbotics Гарвардского университета уже сделала RoboBee – крошечного дрона, который можно было бы использовать для опыления.


Еще один вопрос, который задают ученые японским исследователям – как загрузить новую «партию» пыльцы после того, как дрон доставил свой груз к рыльцу? Можно ли использовать гель на ворсинках повторно? Ответ на эти вопросы пока получить нельзя.

Энтомологи считают, что лучшее решение проблем опыления кроется не в технологиях, а в природе. По их мнению, выход из сложившегося положения – приручение диких пчел. «Пчелы-дикари» живут более уединенной жизнью, чем их прирученные собратья и строят гнезда в небольших норах в земле или отверстиях в старых деревьях. Ученые уже сейчас прилагают большие усилия, чтобы приручить их.

Но даже без приручения шмелей или диких пчел фермеры могут воспользоваться их способностью опыления. Все, что для этого потребуется – это выделить достаточно земли, благоприятной для обитания этих насекомых.

Существует и третий вариант на стыке природы и технологий – насекомые-киборги. За последние годы ученые уже научились управлять крупными насекомыми с помощью электрических имплантатов, но сейчас наука пошла еще дальше. В рамках проекта DragonflEye ученые могут управлять полетом стрекозы с помощью вживленных оптических волокон. Вся электроника, необходимая для автономной навигации, упакована в небольшой «рюкзак» на спине стрекозы, который работает от солнечной батареи.

Научная работа опубликована в журнале Chem 9 февраля 2017 года
DOI: 10.1016/j.chempr.2017.01.008