- Hightech hommels kunnen boeren mogelijk beter assisteren dan drones
- De verdwijnende bijenpopulatie bedreigt onze gewassen
- Genetisch gemodificeerde cyborg-libellen
- Uber-futuristische cyborg-insecten geven ons een beter begrip van de natuur
Door onze groeiende bevolking neemt de vraag naar voedsel wereldwijd toe. Experts maken zich in toenemende mate zorgen dat de traditionele landbouw niet aan deze groeiende vraag zal kunnen voldoen. Om meer voedsel goedkoper en duurzamer te produceren, beginnen steeds meer boeren het potentieel van slimme landbouwpraktijken te onderzoeken. Technologie kan hen niet alleen productiever maken maar ook weerbaarder tegen allerlei risico’s, waardoor de afhankelijkheid van technologie ook in de agrarische sector alleen maar groter zal worden.
Onderzoeksbureau MarketsandMarkets meldt bijvoorbeeld dat de slimme landbouwmarkt in 2018 $7,53 miljard waard was en de verwachting is dat deze in 2023 een waarde van maar liefst $13,5 miljard zal bereiken. Gespecialiseerde apparatuur, IT-services en software stellen landbouwers in staat om factoren als het weer, bodemkwaliteit en gewasomstandigheden veel efficiënter te monitoren. Op basis van real-time gegevens kunnen boeren ervoor zorgen dat hun gewassen precies krijgen wat ze nodig hebben om optimale groei en productiviteit te bereiken.
Drones met GPS en ingebouwde camera’s zijn de afgelopen jaren enorm populair geworden bij boeren omdat ze saaie en tijdrovende taken – zoals het handmatig in kaart brengen van akkers en het sproeien van pesticiden – snel en efficiënt kunnen afhandelen. Hoewel landbouwdrones een breed scala aan toepassingen mogelijk maken, is het feit dat hun accu’s snel leeg zijn nog steeds een behoorlijk minpunt. Oplossingen hiervoor worden nu gezocht – en gevonden – in de onvermoeibare vliegmachines uit de natuur: insecten.
Hightech hommels kunnen boeren mogelijk beter assisteren dan drones
Bijen spelen al millennia een sleutelrol in de bestuiving van planten. Dat ons landbouwsysteem en onze voedselzekerheid sterk van deze beestjes afhankelijk zijn, is dan ook zeker geen understatement. Recente doorbraken laten zien dat bijen met een beetje hulp nog veel meer kunnen dan alleen gewassen bestuiven. Eind 2018 heeft een team van onderzoekers aan de University of Washington (UW) namelijk aangekondigd dat ze een klein pakketje met sensoren hebben ontwikkeld dat op de rug van een hommel gedragen wordt. Het pakketje bevat accutechnologie die ongeveer 70 milligram weegt. Het hele rugzakje weegt slechts 102 milligram – ongeveer net zoveel als zeven rijstkorrels. Hoewel de accu piepklein is, gaat hij tot wel zeven uur mee. En wanneer de hommel ’s nachts naar zijn nest terugkeert, laadt de accu zichzelf draadloos op. Dit is veel efficiënter dan drones, die meestal hooguit 20 minuten kunnen vliegen voordat je ze opnieuw moet opladen. Volgens de hoofdauteur van het onderzoek, Vikram Iyer, is deze technologie “een uitstekende aanvulling op wat drones voor de landbouw kunnen betekenen”. Drones zijn ideaal voor werk dat overzicht vanaf grotere hoogten vereist, maar “bijen kunnen naar individuele planten gaan en ons ook inzicht geven in zaken als bestuiving”, aldus Iyer.
Deze elektronische ‘rugzak’ aan een bij bevestigen is nog een heel werk. De wetenschappers vingen de bij eerst met een pot, waarna het diertje twee of drie minuten in een koelkast gehouden werd om het minder actief te maken, zodat het voor de onderzoekers makkelijker was om het pakketje op zijn rug te bevestigen. De innovatie is al getest op een voetbalveld, waar een basisstation met vier antennes geplaatst werd. Het team heeft ook sensoren aan het rugzakje toegevoegd om temperatuur, vochtigheid en lichtintensiteit in het veld te controleren. De enige uitdaging is dat de piepkleine sensor maar 30 kilobytes aan data kan opslaan, wat aanzienlijk minder is dan de hoeveelheid informatie die door een traditionele drone wordt verzameld.
De wetenschappers zijn ook van plan om een rugzakje te maken met camera’s, zodat hun bionische hommels informatie kunnen doorsturen wanneer ze buiten zijn. Op deze manier kunnen boeren de gezondheid van hun gewassen in real time monitoren. Het systeem, dat maar een paar dollar kost, is volkomen veilig voor de hommel. Aangezien deze bijen ladingen van hun eigen gewicht kunnen dragen (een hommel weegt gemiddeld 113 milligram), wordt de hommel volgens de onderzoekers door het gewicht van het rugzakje niet benadeeld. Hoewel het team heeft bewezen dat hun concept werkt, moeten ze nog wel manieren vinden om het te commercialiseren.
De verdwijnende bijenpopulatie bedreigt onze gewassen
De innovatie van UW is cruciaal omdat bijen de meest belangrijke bestuivers ter wereld zijn – ze zijn verantwoordelijk voor 80% van alle bestuivingen. Jammer genoeg worden bijenhabitats overal ter wereld elk jaar kleiner. Statistieken tonen aan dat honingbijhouders in 2014 maar liefst 39 procent van hun kolonies verloren hebben en in 2016 was dat al 44 procent. Helaas zet deze trend zich voort. En hoewel er geen twijfel is over de afname van het aantal bijenkolonies, is er tegelijkertijd – en ironisch genoeg – een stijging in de vraag naar bestuiving door groente- en fruittelers. De teloorgang van onze bijen heeft ook al een directe, merkbare impact op de zuivel- en rundvleesindustrie.
Bijen zijn nodig voor de bestuiving van gewassen als hooi en klaver die gebruikt worden als veevoer. Dit heeft geleid tot een stijging van de kosten van grondstoffen, waardoor de zuivel- en rundvleesproducten in onze supermarkten ook duurder zijn geworden.
De redenen voor de bijensterfte zijn voor niemand een mysterie. Deze worden voornamelijk bepaald door factoren als klimaatverandering, parasieten en een toename van het gebruik van insecticiden en pesticiden. In 2018 ontdekten onderzoekers van de Universiteit van Texas dat glyfosaat, een veelgebruikt onkruidbestrijdingsmiddel, het immuunsysteem van bijen kan verzwakken waardoor ze vatbaarder worden voor infecties en parasieten. Er blijft vaak residu van bestrijdingsmiddelen achter in nectar of op stuifmeel. Dit komt vervolgens via de bijen in de bijenkorven terecht, waardoor de hele kolonie aan de schadelijke stoffen wordt blootgesteld. Dan is er de nicotine-achtige insecticide neonicotinoïde, een bestrijdingsmiddel dat niet alleen gevaarlijk is voor insecten maar ook voor mensen. Dit gif wordt inmiddels in de helft van de Noord-Amerikaanse honing aangetroffen! Neonicotinoïden kunnen aandoeningen van het zenuwstelsel veroorzaken en leiden tot autisme en geheugenverlies. Om deze reden heeft de Europese Unie al aangedrongen om het gebruik van neonicotinoïden op boerderijen en in tuinen te verbieden. Nu het aantal bijen in de wereld in alarmerend tempo blijft afnemen, zoeken researchers naar manieren om andere insecten uit te rusten met navigatietechnologie en sensoren om ze in levende drones en bestuivers te veranderen.
Genetisch gemodificeerde cyborg-libellen
De onderzoeks- en ontwikkelingsorganisatie Draper Laboratory heeft nu – in samenwerking met het Howard Hughes Medical Institute (HHMI) – het DragonflEye-project gelanceerd, met als doel technologie te ontwikkelen waarmee wetenschappers de vlucht van insecten kunnen regelen. Hoewel het onderzoek werd uitgevoerd met gebruik van libellen, gelooft het team dat dezelfde technologie ook op bijen en andere kleinere insecten toegepast kan worden. DragonflEye is gebaseerd op een cybernetische benadering waarbij gebruik gemaakt wordt van echte insecten, in dit geval libellen. Deze insecten worden voorzien van geavanceerde elektronica zodat ze bestuurd kunnen worden.
Net zoals de wetenschappers van UW, creëerde de DragonflEye groep ook een klein ‘rugzakje’ waarmee navigatieopdrachten direct naar het zenuwstelsel van de libel gestuurd worden. Ze hadden het insect al dusdanig genetisch gemodificeerd dat het op instructies kan reageren door de stuurneuronen van de libel gevoelig te maken voor licht. De wetenschappers maakten vervolgens gebruik van optrodes (optische structuren) om lichtpulsen naar die neuronen te sturen. Op deze manier slaagden ze erin om de bewegingen van het insect direct te regelen. Het systeem, aangedreven door een klein zonnepaneel, “verlegt de grenzen van energieopwekking, bewegingsdetectie, algoritmen, miniaturisatie en optogenetica. Dit alles-in-één-systeem is zo klein dat een insect het kan dragen”, zegt Jesse Wheeler, ingenieur van Draper Lab. Hoewel de wetenschap achter het concept klopt, kon het team de libel tot nu toe alleen nog maar in een rechte lijn laten vliegen. Er moet dus nog veel aan het systeem verbeterd worden. In de toekomst willen ze het rugzakje nog kleiner maken zodat het ook geschikt is voor kleinere insecten – zoals bijen.
Uber-futuristische cyborg-insecten geven ons een beter begrip van de natuur
Net als veel andere nieuwe technologische innovaties, hebben ook traditionele robotachtige drones zo hun beperkingen. Maar volgens verschillende wetenschappers kunnen cyborg-insecten in de toekomst belangrijke slimme landbouwtools worden. Deze cyborgs kunnen bijna overal vliegen, en we hoeven ze niet elke 20 minuten op te laden, wat met een gewone drone wel het geval is. Cyborg-insecten kunnen natuurlijk gebruikt worden als de ultieme spionage-tool, maar nog belangrijker is dat we ze kunnen uitrusten met sensornetwerken en autonome navigatietechnologie zodat ze ons kunnen helpen met het bestuiven van onze gewassen. Bovendien kunnen bijen en andere insecten met sensoren en navigatietechnologie ons niet alleen beter inzicht geven in hun gedrag maar ook een beter begrip van de natuur in z’n geheel.
