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Künstliche Intelligenz und Landwirtschaft

Roboter als Bienen - Science-Fiction oder Wahrheit?

Bienen
am
22.05.2019

Es kommt einem vor wie im Science-Fiction-Film: Roboter-Bienen schwärmen aus und bestäuben Nutzpflanzen. Aber es ist die Wahrheit.

Wissenschaftler haben in verschiedenen Ländern Mini-Drohnen entwickelt, die miteinander vernetzt die Arbeit von Honigbienen erledigen können. Voraussetzung für die Entwicklung der Miniroboter war die Übertragung hochkomplexer Bewegungsmuster und aerodynamischer Prozesse auf der Grundlage von High-Tech-Lösungen – und künstlicher Intelligenz.

Ein wichtiger Auslöser für die Forschungen zu Bienen-Robotern war der dramatische Rückgang der Bienenpopulation in vielen Ländern der Welt. Gleichwohl bleibt auch Kritik an der Entwicklung und dem möglichen Einsatz der Roboterbienen nicht aus.

Noch gibt es auch eine ganze Menge an ungelösten Problemen. Dazu gehören: die Beweglichkeit, der Energiespeicher, die Flugweite, die Vernetzung und einiges mehr. Am Weitesten sind derzeit Wissenschaftler aus den Niederlanden, den USA und Japan mit der Entwicklung der Bienen-Drohnen.

In den USA hat jetzt sogar der Einzelhandelsriese Walmart ein Patent auf Roboter-Bienen angemeldet.

Ein Plan B für das Bienensterben?

Bienen

Pflanzen, die nicht selbstbestäubt oder windbestäubt werden, sind auf Bienen und andere Bestäuber angewiesen. Die Fremdbestäubung erfordert die Übertragung von Pollen vom männlichen Pflanzenteil, dem Antheren, zum weiblichen Pflanzenteil, dem Stigma. Honig-Bienen nehmen den Blütenstaub auf, während sie nach Nektar suchen.

Der Pollen klebt dann an den Körpern und dieser fällt beim nächsten Blütenbesuch ab, sodass sich an den bestäubten Pflanzen Früchte bilden können. Mehr als 30 Prozent der der von uns verzehrten Lebensmittel sind von Bestäubern abhängig. Was geschieht aber nun, wenn es nicht mehr genügend Bienen gibt, um die Pflanzen zu bestäuben?

Shashi Shekhar, Professor für Informatik an der Universität von Minnesota sagt: "Wenn die Maßnahmen zum Schutz der Bienen nicht wirksam werden und wir einen echten Mangel an Bienen haben, brauchen wir einen Plan B."

Sollten die Menschen also Roboter-Bienen bauen? Dabei geht es darum, künstliche Bestäuber zu schaffen, die so „klein und klug“ sind wie Honigbienen.

Roboter-Bienen: Halb so groß wie eine Büroklammer

Roboter Biene

In den USA haben Wissenschaftler des Wyss Institute der Harvard University eine Roboter-Biene (RoboBee) entwickelt, die mit intelligenten Sensoren ausgestattet ist. Diese ahmen die Funktion der Augen und Antennen von Bienen nach und können auf ihre Umgebung reagieren. Eine solche RoboBee ist nur halb so groß wie eine Büroklammer. Sie fliegt mit „künstlichen Muskeln“, die aus Materialien bestehen, die sich beim Anlegen einer Strom-Spannung zusammenziehen.

Zusätzliche Modifikationen machen es möglich, dass einige RoboBee-Modelle, vom Schwimmen unter Wasser zum Fliegen übergehen können. Die Idee, autonome Roboter-Bienen bzw. Flugdrohnen zu entwickeln, die in der Lage sind, eigenständig und selbstgesteuert zu fliegen und in großen Gruppen ein koordiniertes Verhalten zu erreichen, war der Ausgangspunkt für die Entwicklung der RoboBees.

Die US-Forscher haben die Entwicklung der RoboBees in drei Hauptkomponenten unterteilt: den Körper, „das Gehirn“ und die Kolonie. Die Körperentwicklung besteht darin, Roboterinsekten zu konstruieren, die mithilfe einer kompakten und nahtlos integrierten Energiequelle in der Lage sind, selbstständig zu fliegen. Die Entwicklung des Gehirns befasst sich mit „intelligenten“ Sensoren und Steuerelektroniken, die die Augen und Antennen einer Biene imitieren und die Umgebung erfassen und dynamisch darauf reagieren können. Das Hauptaugenmerk der Kolonie liegt auf der Koordination des Verhaltens vieler unabhängiger Roboter, so dass diese als effektive Einheit arbeiten können.

Niederlande: Für den Einsatz in Gewächshäusern

Drohne

An der Technischen Universität Delft in den Niederlanden, arbeitet eine Gruppe von Wissenschaftlern ebenfalls an der Entwicklung von Roboter-Bienen. Matěj Karásek, ein Forscher, der mit an dem Projekt arbeitet, sagte: „Die Verwendung, die wir für die Robo-Bienen sehen, ist die Bestäubung in Gewächshäusern. "Wir versuchen nicht Fliegen und Bienen zu kopieren, aber wir versuchen, von ihnen zu lernen", sagte er.

Die Roboter-Biene hat eine Flügelspannweite von 33 cm und wiegt 29 Gramm. Damit ist es 55-mal so groß wie eine Fruchtfliege. Es kann auch nur sechs Minuten oder etwa 1 km mit seinem aktuellen Akku fliegen. Die niederländischen Forscher fragten sich, warum etwa eine Fliege so schwer zu schlagen sei und versuchten deshalb, die Bewegungsabläufe des Insekts zu reproduzieren.

Die niederländischen Robo-Bienen können auf der Stelle schweben, in jede Richtung fliegen und sich um 360 Grad drehen. Die Mini-Drohnen fliegen bis zu 25 km pro Stunde. Ihr Flug ist außerdem energieeffizienter als der von mit Helikoptern, was bedeutet, dass ihre Batterien länger halten. Sie können mit räumlichen Sensoren ausgestattet werden, so dass sie autonom von Pflanze zu Pflanze fliegen und sich gegenseitig und anderen Hindernissen ausweichen.

Bienen-Roboter sind besser als Handbestäubung

Bienen

Eine Studie, die in der Zeitschrift Agricultural Science and Technology veröffentlicht wurde, testete Drohnen zur Bestäubung von Hybridreis-Samen auf Reisplantagen in China. Sie stellte fest, dass die Setzrate und der Ertrag bei Drohnen-unterstützter Bestäubung höher waren als bei künstlicher Bestäubung.

In einem Teil der Provinz Sichuan in China bestäuben Landarbeiter Apfelbäume von Hand mit kleinen, in Pollentöpfe getauchten Pinseln. Trotz der frühen Erfolge glaubt Eijiro Miyako, ein japanischer Mini-Drohnen-Forscher, dass die High-Tech-Bestäuber noch mehr Optimierungen benötigen, um im Feld bestehen zu können. „Vor allem für die vollautomatische Steuerung muss noch vieles verbessert werden“, sagt der japische Forscher.

"Ich bin sicher, dass Kameras, GPS und künstliche Intelligenz dazu beitragen werden, unsere Ziele für die kommerzielle Entwicklung zu erreichen" sagt Miyako. Der kommerzielle Einsatz von Drohnenbestäubern ist in bestimmten Teilen der Welt jedenfalls notwendiger. Eine Kombination aus Arbeitskräftemangel und hohen Kosten für die Bestäubung per Hand wie etwa in China hat zu einem deutlichen Rückgang der Anzahl der Apfelplantagen in der Region geführt In solchen Gebieten ist es vielleicht billiger, Roboterbienen einzusetzen.

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