蜜蜂等自然授粉者的短缺正威胁着世界各地的全球粮食生产,使其难以养活不断增长的人口。西弗吉尼亚大学的研究人员通过创建机器人传粉者,提出了一个 B 计划,以解决传粉者数量下降的问题。
由机械与航空航天工程系副教授谷宇领导的团队正在创造StickBug,这是一种六臂机器人,通过为各种作物授粉来帮助温室环境中的人类。
Gu 提交给国家机器人计划的机器人授粉提案获得了美国农业部 750,000 美元的资助。与顾一起参与该项目的是研究、机械和航空航天工程副教授兼副主席 Jason Gross 和园艺副教授兼受控环境主任 Nicole Waterland。
“它(StickBug)绘制环境图,一旦机器人对环境有了大致的了解,它就会建立更详细的植物图谱,并知道花朵在哪里以及需要授粉的花朵,”顾说。“它将制定一个计划。然后,它会靠近每一株植物,开始摆动它的六只手臂并开始授粉。”
据顾说,六只手臂主要是为了提高机器人的效率和效果。例如,一些花朵可能位于难以触及的地方,而机器人可能需要使用两条手臂。一只手臂抓住树枝,另一只手臂为花授粉。
机器人负责花检、测绘、授粉和发育跟踪等耗时任务。这使种植者可以自由地专注于其他温室任务,如种植、灌溉和害虫控制。
“最终产品的重点是尝试降低进入门槛,使其更实用,以便种植者希望在温室操作中采用机器人技术,”格罗斯说。
该机器人的长期目标是有效地照料个别作物、在昆虫减少期间改善粮食安全、支持室内农业并提供昆虫所能提供的服务,例如收集作物数据。
将在 WVU Evansdale 温室中使用两种作物对 StickBug 的授粉效果进行评估:黑莓和西红柿。选择这些作物是因为它们在美国都非常受欢迎并且具有经济价值。
“番茄可能是该国最重要的经济作物之一,它也需要帮助授粉,”顾说。“另一个主要原因是番茄植株全年[生长]。总有番茄花可以做实验。”
“温室番茄一年中可以生产 11 个月,因此对它们(传粉者)的持续需求,”沃特兰说。
Waterland 指出,越来越多的番茄和黑莓作物在高地隧道和温室中生产,研究人员看到了机器人授粉系统的潜在利用。
据美国农业部林务局称,大约 80% 的开花植物需要动物帮助授粉,如果没有授粉媒介,许多作物就无法繁殖。
顾说,在机器人授粉者的帮助下,种植者可以通过计划独立于授粉者活动的灵活授粉计划来克服授粉者短缺的问题并获得更高的利润机会。
“依赖授粉的作物比例非常高,因此可以想象未来可能会出现[授粉者]的潜在短缺,”顾说。“这对于需要这种机器人授粉技术可能具有一定的重要性。”
“农业是一个非常适合机器人和自动化颠覆的领域,”格罗斯说。“希望在感知和操纵以及与植物交互方面的许多挑战将更广泛地适用于许多不同的机器人农业应用。”
虽然西弗吉尼亚州主要是一个农村州,但它不是一个农业州,这意味着它进口的食物多于生产的食物。顾希望这种机器人授粉技术可以支持更多的州人在农业上创业。
对于西弗吉尼亚大学,Gross、Gu 和 Waterland 表示,机器人授粉者还为学生提供了教育机会。
“WVU 使我们能够进行前沿研究,”顾说。“[这个项目] 也为学生提供了在机器人技术方面进行实践和理论研究的机会。”
对于本科生,StickBug 机器人设计和现场测试组件可以提供大量研究和学习机会。
“除了允许我们进行研究并将研究结果传播给同行评审的出版物之外,我们还将资助该项目的研究生和本科工作人员,”沃特兰说。“我们将利用该项目的赠款来教育下一代教师和研究人员。这将加强这些大学毕业生的发展。”
据顾说,还将开发具体的计划,以整合工程和技能劳动培训领域,以便未来的培训与机器人技术的快速发展保持一致。
“这个项目的伟大之处在于它确实鼓励了这些跨学科、跨学院的合作,”沃特兰说。“它确实为学生和研究构建了一个更大的整体图景。最终目标是,这实际上进入工业领域,我们开发了一个可用于农业学科的机器人平台。”
“让我们非常兴奋的一件事是,这个项目非常适合作为一个赠地机构,”格罗斯说。“我们与机器人学院以及农业和设计学院进行了第二轮合作。我们可以利用 WVU 拥有最先进的机器人研究温室这一事实。这些都是我认为在 WVU 非常令人兴奋的事情。”