Sechsarmiger Bestäubungsroboter soll Bienen ersetzen
Bienen und andere natürliche Bestäuber sind am Aussterben. Roboter könnten sie ersetzen, wie etwa der Bestäubungsroboter Stickbug.
Der Stickbug-Roboter bestäubt Blüten.
(Bild: Trevor Smith u. a.)
Ein Forschungsteam der West Virginia University hat einen sechsarmigen Bestäubungsroboter mit dem Namen Stickbug entwickelt. Stickbug soll im Gegensatz zu anderen Bestäubungsrobotern in der Lage sein, präziser unterschiedliche Arten von Pflanzen zu bestäuben.
Der Roboter verfügt über sechs voneinander unabhängig arbeitende Roboterarme, wie die Wissenschaftler in ihrem wissenschaftlichen Paper "Design of Stickbug: a Six-Armed Precision Pollination Robot" beschreiben, der im Preprint auf Arxiv veröffentlicht ist. Mit ihnen ist der Roboter in der Lage, mehrere Blüten auf einmal zu bestäuben.
"Stickbug verwendet einen kompakten holonomischen Kiwi-Antrieb, um durch enge Pflanzenreihen zu navigieren, einen hohen Mast, um mehrere Manipulatoren zu tragen und um Pflanzen auch in der Höhe zu erreichen, ein Erkennungsmodell und einen Klassifikator, um Brombeerblüten zu identifizieren, sowie einen Endeffektor mit Filzspitze für die kontaktbasierte Bestäubung", schreiben die Wissenschaftler in der Studie. Auf einer mobilen Basis mit drei Rädern steht also ein Mast, an dem die Roboterarme befestigt sind. Der Roboter kann so auf weitgehend glatten Böden durch Pflanzenreihen fahren und den Bestäubungsvorgang der Pflanzen durchführen.
Ausprobiert haben die Wissenschaftler den Stickbug-Prototyp in einem realen Experiment. Zu einem Zeitpunkt, zu dem keine Pflanzen blühten, platzierten sie den Präzisionsbestäubungsroboter vor einer künstlichen Brombeerpflanze. Seine Aufgabe war es, innerhalb von fünf Minuten so viele Blüten wie möglich zu bestäuben.
Bestäubung mit 50 Prozent Erfolg
Dem Roboter gelang es, mehr als 1,5 Bestäubungen pro Minute zu erzeugen. Die Erfolgsquote liegt nach Angaben der Forscher bei 50 Prozent. Die Brombeerblüten erkennt der Roboter über eine RealSense D405 Tiefenkamera sowie Lidar. Die Erkennung wird über ein Computer-Vision-System realisiert. Ein Intel NUC-System mit Nvidia-GPU wertet die Bilder aus und steuert die sechs Roboterarme entsprechend an. Zur Erkennung der Brombeerblüten wurde speziell ein eigener Datensatz entwickelt, der öffentlich zugängig ist.
Damit sich die sechs Arme bei der Bestäubung nicht in die Quere kommen, haben die Forscher dem Roboter eine Kollisionserkennung spendiert. Sie verhindert, dass die Roboterarme während des Bestäubungsvorgangs zusammenstoßen.
An realen Pflanzen haben die Forscher Stickbug noch nicht ausprobiert. Das planen die Wissenschaftler in einem nächsten Schritt, der erfolgen soll, sobald sie Blütezeit der Brombeerpflanzen erreicht ist. Dann sollen bereits Verbesserungen in Stickbug eingeflossen sein. So soll etwa eine Art "Blütengedächtnis" integriert werden, sodass der Roboter weiß, welche Blüten er bereits bestäubt hat. Zudem soll der Roboter eine globale Karte über ein Pflanzenfeld erstellen können, die dabei helfen soll, besonders blütenreiche Regionen zu erkennen und noch nicht bestäubte Teile des Feldes zu erkunden.
Die Forscher sehen ihren Roboter als eine Option an, die mittlerweile bedrohten, biologischen Bestäuber, wie etwa Bienen, einige Arten von Motten, Schmetterlingen und Fliegen zu ersetzen.
(olb)