Kukat ja mehiläiset – vai robotit?

Piskuiset pölyttäjät ovat katoamassa. Tilanne voi romahduttaa maapallon elintarviketuotannon, mutta onneksi mehiläisille on kehitteillä sijaisia. Maailman ensimmäinen robottimehiläinen syntynee muutaman milligramman painoisesta mikrodronesta, tarkasta lasertutkasta ja tahmeasta geelistä.

Shutterstock

Kukkien terälehdet näyttävät liikahtelevan itsekseen tyynessä kevätsäässä. Lähemmässä tarkastelussa selviää, että liikkeen aiheuttaa pieni karvainen olio, joka on juuri laskeutunut kukkaan ja ryömii terälehtien välissä.

Se on kooltaan ja karvoitukseltaan kuin mehiläinen, mutta se koostuu metallista ja sen liikkeitä ohjaa tietokoneohjelma.

Olio on mikrodrone. Tuhansista sen kaltaisiista roboteista koostuvia parvia aiotaan tulevaisuudessa vapauttaa pelloille ja puutarhoihin turvaamaan ravintokasvien pölytys. Luonnon omat pölyttäjät ovat nimittäin ahtaalla.

YK arvioi vuonna 2016, että 40 prosenttia niistä hyönteislajeista, joiden ansiosta kukista kehittyy hedelmiä, marjoja, pähkinöitä ja siemeniä, on vaarassa kuolla sukupuuttoon. Ilman tehokkaita pölyttäjiä maapalloa uhkaa ekologinen katastrofi, sillä suuri osa ravintoverkoista riippuu niistä.

Mehiläisen jokaisen kuuden jalan päässä on kynsi, jolla se voi helposti ottaa kiinni erilaisten kukkien pinnasta.

© Felicia Hallenbeck/Unsplash

Tilanteen helpottamiseksi tehdään tutkimusta, jossa pyritään siirtämään luonnon mestaripölyttäjän eli mehiläisen piirteet pieniin lentäviin koneisiin. Ne voisivat pölyttää kasvit pelloilla ja kasvihuoneissa.

Mikrodrone roikkuu lehdestä

Harvardin yliopistossa Yhdysvalloissa on kehitetty RoboBee-mikrodrone, joka pystyy tarrautumaan lehden alapintaan sähkön avulla.

Drone etsii lepopaikan

RoboBee-drone etsii sopivan lehden. Tulevaisuudessa dronessa on akut, joita se voi ladata lehdellä.

Drone tarraa kiinni sähköllä

RoboBee käynnistää sähköstaattisen yksikkönsä, ja elektrodien välille syntyy jännite. Se luo lehden yläpinnalle vastakkaisen sähköisen kentän, joka vetää dronea puoleensa.

Drone jatkaa matkaa

RoboBee irrottautuu lehdestä sulkemalla sähköstaattisen yksikön ja käynnistämällä siipensä.

Mehiläiset tukevat lisääntymistä

Kasvien pölyyntymisellä on ollut ratkaiseva merkitys ekosysteemeille aina sitä asti, kun maailman ensimmäiset kukkakasvit avasivat terälehtensä noin 150 miljoonaa vuotta sitten.

Oletetaan, että osa hyönteisistä siirtyi tuohon aikaan käyttämään ravintonaan siitepölyä. Fossiililöytöjen perusteella tiedetään, että lentävien hyönteisten kehitys nopeutui siinä vaiheessa, kun niille kehittyi kukkivien kasvien kanssa molempia osapuolia hyödyttävä kumppanuus.

Drone lentää kuin mehiläinen

RoboBee-mikrodrone painaa vain 0,085 grammaa. Sen siivet ovat kiinni pietsosähköisen keraamin suikaleissa, jotka supistuvat ja laajenevat, kun sähkö kulkee niiden läpi. Liike saa dronen siivet lyömään 120 kertaa sekunnissa eli hieman hitaammin kuin aitojen mehiläisten siivet. RoboBee saa toistaiseksi sähköä johdon välityksellä, mutta kehitteillä on akkukäyttöinen malli.

Nykyisin tähän kumppanuuteen kuuluu se, että mehiläiset lentävät kukasta kukkaan keräämässä mettä ja siitepölyä. Ne tuovat saaliinsa pesään, missä sillä ruokitaan toukkia, työläisiä, kuhnureita ja kuningatarta.

Mehiläisten piipahdus lukuisissa eri kukkayksilöissä pitää myös huolta siitä, että kyseiset kasvit lisääntyvät. Mehiläisten turkkiin tarttuu heteiden ponsista siitepölyä eli koiraspuolisia sukusoluja.

Toisessa kukassa niitä saattaa tipahtaa emin luotille, kun mehiläinen sukeltaa terälehtien väliin. Siitepölyn ja emin kohdattua tapahtuu hedelmöitys ja sikiäimestä ja siemenaiheesta alkaa kehittyä esimerkiksi omena.

Kukka- eli siemenkasvit muodostavat nykyisin noin 80 prosenttia kaikista maakasveista. Lajeja tunnetaan reilut 300 000, ja tuntemattomia lajeja on todennäköisesti vielä 100 000 etenkin tropiikissa.

Harvardin yliopistossa on tehty RoboBeestä versio, joka pystyy pelastamaan itsensä vedestä. Se käyttää hyväksi elektrolyysiä, missä vesi hajotetaan hapeksi ja vedyksi. Kun vety sytytetään, räjähdys sinkoaa robotin ilmaan.

Osa kukkakasveista on tuulipölytteisiä, joten pölyttäjien häviäminen ei merkitse sitä, että kaikki kukkakasvit häviävät, mutta tilanne on silti vakava. Kaikista maailman kukkakasveista 90 prosenttia on pölytyksessään kokonaan tai osittain riippuvainen eläimistä – usein hyönteisistä. YK:n asiantuntijoiden mukaan pölyttäjien omalta osaltaan tuottaman vuotuisen sadon arvo on 0,2–0,5 biljoonaa euroa.

Kaliforniassa University College Davisin mehiläislaboratoriossa tehty tutkimus paljastaa, että maailman 107 merkittävimmästä ravintokasvista 91:n pölytys on riippuvainen mehiläisistä. Monet niistä tuottavat vitamiineja, muita ravintoaineita ja öljyjä, jotka ovat tärkeitä ihmisen terveydelle.

Mehiläiskannan kutistuminen ei vaikuta vain ihmisten elämään, vaan sillä on seurauksia myös niille linnuille, lepakoille ja sammakkoeläimille, jotka käyttävät ravintonaan hyönteisiä. Lisäksi on lukemattomia muita kasvien hedelmillä, marjoilla ja siemenillä eläviä eläimiä, jotka kärsivät. Jos mehiläiset häviävät, seuraus- ja kerrannaisvaikutukset ravintoverkoissa ovat isot.

Mehiläisillä on kahdentyyppisiä silmiä:
Verkkosilmät vangitsevat valoa useasta suunnasta, kun taas pistesilmät havaitsevat ympäristön valon voimakkuuden.

© Shutterstock

Monta uhkaa mehiläisille

Ei tiedetä varmasti, miksi mehiläisten määrä on vähentynyt, mutta siihen vaikuttavat todennäköisesti useat ihmisten toimien seuraukset yhdessä.

Yksi tuhoa edistävä seikka on varmasti se, että nykyaikainen maanviljely jättää mehiläiset ilman ruokaa pitkiksi ajoiksi. Keväällä siitepölyä ja mettä on runsaasti laajoilla peltoalueilla, mutta kun sato on korjattu, kukkivia kasveja on harvassa.

Myös erilaiset torjunta-aineet heikentävät mehiläisten elinoloja. Rikkakasvien torjunta-aineet tappavat paljon kasveja, joista mehiläiset hakisivat ravintoa, kun sadon kukinta on ohi. Tuhoeläinten torjunta-aineet tappavat mehiläisiä suoraan ylikuormittamalla niiden hermoston tai epäsuorasti tuhoamalla niiden suunnistuskyvyn, jolloin ne eivät löydä takaisin pesään ja kuolevat.

Robotti korvaa mehiläisen kasvihuoneessa

1 / 5

undefined

12345

BrambleBee-robotti kartoittaa kasvihuoneen kukat laserin ja gps-vastaanottimen avulla. Pölytyskypsät kukat seulotaan kameran kuvista ja robottikäsivarsi pölyttää ne tarkoin liikkein.

© Nicholas Ohi et al./IEEE

Laajoja mehiläiskuolemia voi selittää myös mehiläisten luontainen vihollinen, varroapunkki, joka on levinnyt laajemmalle ja runsastunut. Punkkia tavattiin 1980-luvulle asti vain Aasiassa, mutta sen jälkeen se on levinnyt sekä Eurooppaan että Yhdysvaltoihin.

Varroapunkki on ulkoloinen. Se imee mehiläisistä verta, mikä heikentää niitä, ja lisäksi se kantaa useita viruksia, joita tartunnan saaneet mehiläiset levittävät pesäänsä. Usein punkkitartunta merkitsee koko yhdyskunnan kuolemaa, jos mehiläistenhoitaja ei toimi ajoissa.

Laserpulssit skannaavat kasvihuoneen kukat

BrambleBee liikkuu ison kasvihuoneen kasvupenkkien välissä ja lähettää laservalopulsseja lidar-tutkalla, joka mittaa etäisyyden robotin ja ympäristön kohteiden välillä. Samalla syntyy kartta kasvihuoneesta. Robotin kamera kuvaa kasvit, ja sen kuvantunnistusohjelmisto tunnistaa kukkalajit 78 prosentin varmuudella. Sininen viiva kuvassa on robotin reitti, joka kiertää yhtä kasvupenkeistä.

Kiinassa luontaisten pölyttäjien puute on jo arkipäivää. Laajoilla alueilla omena- ja päärynäpuut pölytetään siveltimillä, sillä lähes kaikki hyötyhyönteiset on tapettu sukupuuttoon 1980-luvun liiallisilla torjunta-aineruiskutuksilla.

Ihmiset ovat kuitenkin valitettavan tehottomia hyönteisesikuviinsa verrattuna, ja pölytys käsin maksaa viljelijöille kymmenen kertaa niin paljon kuin mehiläispesien vuokraaminen.

Siitepölyä on myös yritetty levittää hedelmätarhoille lentokoneesta. Omenatarhoilla tehdyt kokeet osoittavat, että vaikka siitepölyä kylvettäisiin tarhoihin kuinka paljon tahansa, puut tuottavat 70 prosenttia vähemmän hedelmiä kuin hyönteispölytyksessä ja kehittyneet omenat ovat 40 prosenttia normaalia pienempiä.

Robottipölyttäjän haasteet

Mehiläisten aika maailman pääasiallisina pölyttäjinä näyttää olevan loppumassa, mutta toistaiseksi niille ei ole olemassa läheskään yhtä tehokkaita korvaajia. Toimivan vaihtoehdon kehittämiseksi on meneillään useita tutkimushankkeita.

Tutkijoilla on ratkaistavinaan ainakin kolme haastetta. Ensinnäkin heidän on pystyttävä kopioimaan mehiläisten tärkeimmät pölyttämisominaisuudet ja siirrettävä ne droneen tai robottiin. Seuraavaksi järjestelmän koko on saatava pienennettyä mehiläisten mittakaavaan. Lopuksi järjestelmästä on muokattava sellainen, että se hoitaa pölytyksen tehokkaasti itsekseen eikä ihmisen tarvitse juuri puuttua siihen.

Asiassa onkin jo edistytty jonkin verran. Yksi mehiläisten tärkeimmistä kyvyistä on taito löytää sopivia kukkia. Tähän tarvitaan kehittyneellä kuvantunnistusohjelmalla varustettu robotti, joka löytää kuvista tietynväriset terälehdet niin kirkkaassa päivänvalossa kuin pilvisellä säällä ja hämärässäkin sekä kaikista mahdollisista kuvakulmista. Yksi parhaiten tehtävästä suoriutuva robotti on Yhdysvalloissa Länsi-Virginian yliopistossa kehitetty BrambleBee.

Robotti pystyy käsivartensa kameralla ottamaan yksityiskohtaisia kuvia kasvihuoneen kaikista kukista. Sen ohjelmisto vertailee kuvien kukkia tietoihin erilaisista kukkien kyspsyysasteista ja käyttää apuna myös robotin aiempaa työskentelyä kasvihuoneessa. Näin robotti tunnistaa pölytyksen tarpeessa olevat kukat juuri kuin oikea mehiläinen.

Mehiläisen turkissa on heikko positiivinen varaus. Siksi se vetää puoleensa kukkien heikosti negatiivisesti varautuneita siitepölyhiukkasia.

© Shutterstock

Toisaalta BrambleBee on iso, hidas ja pyörillä kulkeva, noin jääkaapin kokoinen robotti, eikä se siten ole ihanteellinen pelloilla tai avopuutarhoissa työskentelyyn. Ulkona käytettävien keinopölyttäjien pitää olla hyvin vikkeläliikkeisiä ja pystyä siirtämään siitepölyä kukasta toiseen.

Japanilaiset tutkijat kokeilivat vuonna 2017 pölytykseen tavallista pienikokoista dronea, jonka pintaan kiinnitettiin mehiläisten turkkia jäljittelevää materiaalia. Dronella onnistuttiin hedelmöittämään lilja toisen liljayksilön siitepölyllä.

Dronet matkivat luonnon konsteja

Nelikopteri leikki mehiläistä Kokeessa käytettiin edullista nelikopteria, jonka läpimitta oli viitisen senttiä ja paino 15 grammaa. Siitepöly jäi mattoon. Alapuoli päällystettiin jouhimatolla. Suoraan alaspäin törröttävät karvat kasvattavat siitepölyä keräävää pintaa.

Harvardin yliopistossa on kehitetty maailman pienin lentävä robotti, joka on nimetty RoboBeeksi. Se painaa alle 90 milligrammaa ja pystyy lentämään takaperin ja pysyttelemään ilmassa paikoillaan, mikä tekee siitä yhtä ketterän kuin keltamustaraitaiset esikuvansa luonnossa.

Sen liikkuvutta rajoittaa kuitenkin toistaiseksi se, että siihen joudutaan yhä syöttämään sähköä johdolla. Nykyisin ei ole vielä niin pieniä ja kevyitä akkuja, että niitä voitaisiin käyttää mehiläisen kokoisissa droneissa.

Tahmea ionigeeli syntyi sattumalta

  • JOUHI, EI GEELIÄ

    Ionigeeli on paksu versio niin sanotusta ioninesteestä. Ioninesteet ovat suolasulaa eli ne koostuvat sähköisesti varautuneista hiukkasista toisin kuin tavalliset, pääosin sähköisesti neutraalit, nesteet. Vuonna 2007 japanilainen Eijiro Miyako oli tutkimassa ioninesteitä, kun hän vahingossa tuli tuottaneeksi niistä paksua geeliä.

  • JOUHI, GEELIÄ

    Geeli jäi seitsemäksi vuodeksi kaapin perälle avoimeen astiaan, ja kun Miyako löysi sen, sen ominaisuudet eivät olleet muuttuneet miksikään. Ionigeeli on tahmeaa eikä haihdu. Se soveltuu siksi hyvin siitepölyn levittämiseen.

Seuraavaksi on kehitettävä hyvin pieni lentävä robotti, jolla olisi kaikki edellä mainitut ominaisuudet, mutta asiassa ei ole vielä edistytty kovin paljon.

James Marshallin mukaan tekoälyn ja tietotekniikan kehityksen olisi otettava isoja harppauksia, jotta saadaan kehitettyä itsenäiseen työskentelyyn kykenevä mehiläisrobotti.

Britanniassa Sheffieldin yliopistossa toimiva Marshall on neuraaliverkkojen asiantuntija, ja hän on tutkinut myös sitä, miten mehiläiset kykenevät melko monimutkaiseen toimintaan, vaikka niillä on suhteellisen pienet aivot.

Marshall arvioi, että nykyisellä teknologian kehitysvauhdilla täydellistä mehiläisen korviketta ei saada aikaan ennen kuin vasta vuoden 2035 tienoilla.

Robottimehiläinen on avuksi pesässä

  • ROBOTTI TANSSII

    Robotit ja dronet eivät vain auta meitä tekemällä mehiläisten työt, vaan ne voivat myös auttaa mehiläisiä. Freie Universität -yliopistossa Berliinissä Saksassa on kehitetty robottimehiläinen, joka osaa tanssia kuin oikeat mehiläiset. Mehiläiset kertovat tanssimalla toisilleen nektari- ja siitepölyapajista.

  • ROBOTTI JÄLJITTELEE AITOJA MEHILÄISIÄ

    Yhdessä pesässä tehdyssä kokeessa robottimehiläinen sai herätettyä aitojen mehiläisten huomion jäljittelemällä niiden liikkeitä, värisyttämällä keinosiipiään, erittämällä pieniä sokerivesipisaroita ja säteilemällä lämpöä.

Pian pelloilla häärii mikrodrone

Pölyttäminen ei ole ainoa pienille lentäville hyönteisroboteille kaavailtu tehtävä.

Itseohjautuvien robottimehiläisten parvi voisi myös kerätä pelloilta yksityiskohtaista tietoa siitä, milloin sato kypsyy tai ovatko kasvit saaneet liikaa tai liian vähän vettä.

Tämä tehostaisi maanviljelyä, mikä on tarpeen, mikäli tulevaisuudessa aiotaan pystyä ruokkimaan koko maapallon väestö, jonka arvioidaan kasvavan vuoteen 2050 mennessä lähes kymmeneen miljardiin.

Jos pahin uhkakuva toteutuu ja kaikki mehiläiset katoavat, maailmasta häviävät myös monet suositut elintarvikkeet, kuten luumut, mantelit ja suklaa. Toisaalta monia kasveja voidaan silti edelleen viljellä.

Esimerkiksi maissi, vehnä ja sokeriruoko ovat tuulipölytteisiä eli niiden pölyttymiseen ei tarvita mehiläisiä.

Vaikka osaa kasveista voidaan viljellä ilman mehiläisiä, tilanne on silti vakava. Kaikki robottimehiläisiä nykyään kehittävät tutkijatkin ovat yhtä mieltä siitä, että parasta olisi jatkossakin turvata luonnon omien pölyttäjien mahdollisuudet säilyä hengissä.

Lue myös:

Robotit

Robottien oma kieli huolestuttaa tutkijoita

2 minuuttia
scifi robot
Robotit

Voittamaton robotti

1 minuuttia
Robotit

Robotit tekevät elämästä parempaa

2 minuuttia
Suosituimmat

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!