機(jī)器人能代替蜜蜂授粉嗎？

蘇煒宣+摘譯

目前，世界蜜蜂總量正急劇下降，迄今為止，科學(xué)界仍無(wú)法改變這一嚴(yán)峻局面。一些科學(xué)家決定從問(wèn)題的源頭（病害、天敵、蜜蜂飼料供應(yīng)和農(nóng)藥）入手，從而提出有效的解決方案，而另一些科學(xué)家則正在尋求蜜蜂授粉的替代品。

有3個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)把機(jī)器人授粉技術(shù)視為可以減少對(duì)蜜蜂授粉依賴的手段。其中2個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了微型飛行機(jī)器人，另一團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了輪式機(jī)器人。上述3種機(jī)器人均已初具雛形。為方便進(jìn)行空中作業(yè)，科學(xué)家們?yōu)闄C(jī)器人安裝了飛行翼，然而地面作業(yè)模式仍處于早期設(shè)計(jì)階段。哈佛大學(xué)研究人員10年前就開(kāi)始了這項(xiàng)工作，最近日本國(guó)立現(xiàn)代工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所的科學(xué)家公布了一種可以收集和存放花粉的無(wú)線空中授粉機(jī)器人。西弗吉尼亞大學(xué)（WVU）多學(xué)科團(tuán)隊(duì)采用與其相近的方法，正在設(shè)計(jì)一種能夠自主定位、識(shí)別和為單個(gè)花朵授粉的輪式機(jī)器人。

日本無(wú)人機(jī)

日本無(wú)人機(jī)（圖1）成果在《Chem》雜志上發(fā)表，其中包括一個(gè)有馬毛帶附在其下面的小型無(wú)線無(wú)人機(jī)。這是唯一一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中實(shí)際給植物授粉的機(jī)器人設(shè)備（圖2，試驗(yàn)材料是日本百合）。

該項(xiàng)目的主要聯(lián)系人宮古一郎用離子液體凝膠涂覆機(jī)器人的馬毛帶?！半x子液體凝膠在正常和惡劣的環(huán)境中均可長(zhǎng)期保持粘性。”他說(shuō)，“并且它們防水耐用?！痹撃z增加了馬毛帶的可用表面積，有助于其在飛行過(guò)程中收集花粉并保持花粉活性。當(dāng)馬毛帶接觸雄蕊和雌蕊時(shí)，凝膠的濕度和靜電性能會(huì)降低花粉損傷的幾率。宮古認(rèn)為駕駛無(wú)人機(jī)為花朵授粉的任務(wù)是“非常艱難”的。“我相信人工智能（AI）、GPS和高分辨率相機(jī)的應(yīng)用將對(duì)未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展非常有幫助?！彼陔娮余]件采訪中說(shuō)。AI也可以改善無(wú)人機(jī)授粉性能。他說(shuō)：“一群AI蜜蜂機(jī)器人可以測(cè)定到達(dá)花的最短路徑和最有效的授粉方式?！?/p>

哈佛的蜜蜂機(jī)器人

授粉只是哈佛大學(xué)首席研究員Robert Wood對(duì)于微電子機(jī)器人的預(yù)測(cè)應(yīng)用之一。他和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為蜜蜂機(jī)器人（圖3）可能會(huì)對(duì)搜尋救援行動(dòng)有所幫助。

蜜蜂機(jī)器人的制作原本是不可能完成的，直到他們發(fā)明了一種新的制造方法。該方法被稱為“彈出式MEMS”，立體書(shū)和折紙為其提供了創(chuàng)作靈感。機(jī)器人制造過(guò)程中需要經(jīng)歷一個(gè)精細(xì)的分層，并且在同一步驟中固定在框架內(nèi)進(jìn)行折疊組裝。

蜜蜂機(jī)器人約為25美分硬幣大小，高2.4 mm，重達(dá)3.2盎司（約90.7 g）。它可以飛行、游泳并可以利用靜電在平坦的表面上倒掛。接下來(lái)，哈佛研究人員希望為蜜蜂機(jī)器人建一個(gè)“蜂巢”來(lái)充電。Wood設(shè)想蜜蜂機(jī)器人可以成群地出動(dòng)，這類似于他們的另一個(gè)發(fā)明——Kilobots。哈佛研究人員使用這些微型的自主控制機(jī)器人來(lái)研究集體AI和群體行為。

機(jī)器人漫游車

機(jī)器人漫游車（圖4）的雛形是從工程學(xué)學(xué)生制作的自動(dòng)機(jī)器人中轉(zhuǎn)化而來(lái)的，并且該機(jī)器人曾在2016年NASA機(jī)器人樣機(jī)返回百周年挑戰(zhàn)賽中獲獎(jiǎng)。該學(xué)生設(shè)計(jì)的自主機(jī)器人可圍繞某一地域進(jìn)行移動(dòng)，并且在火星或月球環(huán)境中僅通過(guò)使用操作技術(shù)即可搜尋物體。

打造機(jī)器人漫游車的目的是精確授粉?！拔覀儾还馐峭ㄟ^(guò)吹氣或搖晃植物來(lái)使其授粉，我們致力于處理單個(gè)花朵。”WVU航空航天與機(jī)械工程助理教授Yu Gu說(shuō)。Gu和他的團(tuán)隊(duì)將在機(jī)器人上裝載激光雷達(dá)和照相機(jī)，使機(jī)械手臂能夠定位單個(gè)花朵，測(cè)定其生存力，并將花粉提供給健康的花朵。類似于雷達(dá)的原理，利用激光生成的光脈沖（而不是聲波）來(lái)檢測(cè)物體。WVU將利用溫室栽培的覆盆子和黑莓植物材料來(lái)測(cè)試這臺(tái)機(jī)器人。一年中，用多個(gè)漿果世代測(cè)試機(jī)器人的性能確定了他們可以在室內(nèi)使用。這只是初步研究，隨后的研究將會(huì)持續(xù)跟進(jìn)?！笆紫龋覀兿氡砻鬟@是可行的?！盙u說(shuō)。

康奈爾大學(xué)丹佛斯實(shí)驗(yàn)室的昆蟲(chóng)學(xué)家認(rèn)為，本地蜜蜂可以肩負(fù)起一些授粉的職責(zé)，甚至在少數(shù)情況下，本地蜜蜂可以滿足一個(gè)果園所有的授粉需求。實(shí)驗(yàn)室研究和推廣負(fù)責(zé)人Maria van Dyke說(shuō)：“有幾個(gè)紐約州的果園不再租用蜜蜂，而是直接使用本地蜂來(lái)授粉。”而現(xiàn)在看來(lái)，這一情況值得被重視。因?yàn)槊糠N機(jī)器人從模型到商業(yè)發(fā)行至少需要10年時(shí)間。哈佛的機(jī)器人仍然束縛于其動(dòng)力源，日本機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)或許可以依靠添加GPS和人工智能獲得改善。Gu的WVU團(tuán)隊(duì)規(guī)劃階段尚未完成。一旦完成雛形構(gòu)建，他們將對(duì)照自然授粉果實(shí)進(jìn)行溫室試驗(yàn)和機(jī)器人授粉果實(shí)質(zhì)檢。endprint