Future Perfect Roboter-Bienen

Układ do zapylania roślin B-droid
© Rafał Dalewski

Die Bienenpopulation sinkt dramatisch. Eine ökologische Krise von globalen Ausmaßen, die auch den polnischen Imkern zunehmend zu schaffen macht. Im vergangenen Jahr verringerte sich die Zahl der Bienen in Polen um 30 %. Die Pflanzen leiden bereits unter den Auswirkungen des Bienensterbens – und in Kürze wohl auch wir.

Sowohl Charles Darwin als auch Albert Einstein wiesen auf die komplexen Zusammenhänge in der Natur hin. Ihre Prognosen lassen Schlimmes befürchten „Wenn die Bienen aussterben, sterben vier Jahre später auch die Menschen aus.“ Dr. Rafał Dalewski von der Fakultät für Energie- und Luftfahrttechnik der Technischen Universität Warschau hält ein solches Szenario für wenig wahrscheinlich. Er beschäftigt sich seit drei Jahren mit diesem Thema – im Rahmen der Entwicklung einer Roboterbiene namens B-Droid, der weltweit ersten „Spezialistin“ für künstliche Bestäubung.

Auch wenn der Begriff „Roboterbiene“ noch so sehr die Phantasie anregt, hat er doch kaum Ähnlichkeit mit einer Erfindung aus einem Science-Fiction-Film. Unter dem Namen B-Droid verbirgt sich ein automatisches System zur Pflanzenbestäubung, also eine Software und zwei Roboter, ein fahrender und ein fliegender.

Das Ökosystem reparieren

„Unser System besteht in erster Linie aus einer Software, die die Ausführung diverser Aktionen, zum Beispiel die Suche nach Blumen, ermöglicht. Das System ist in der Lage, Blumen zu erkennen, zu orten und anzusteuern“, erklärt der Initiator des Projekts. Gemeinsam mit einem Team von Experten aus unterschiedlichen Bereichen – zum Beispiel Aerodynamik, Robotik, Elektronik, Mechanik und Biologie – geht er der Frage nach, wie man das Ökosystem reparieren und den Prozess der Pflanzenbestäubung unterstützen kann.

„Ein interessantes Beispiel ist der Raps: Wenn Raps lediglich durch den Wind bestäubt wird, sind die Ernteerträge gering. Wenn es jedoch Bienen in der Nähe gibt, wachsen sie um 30 %“, erklärt Dr. Dalewski. „Wohlgemerkt bei der gleichen Anzahl bestäubter Blüten. Die Effizienz des Bestäubungsprozesses verändert sich also nicht, die Effizienz der Produktion jedoch schon.“

Zur Bestäubung des in Polen angebauten Rapses werden vier Millionen Bienenvölker benötigt – es gibt jedoch nur etwa eine Million. Und eben hier ergibt sich die Frage, die sich die Wissenschaftler stellen: Kann man durch künstliche Bestäubungsmethoden die Ernteerträge erhöhen?
 
  • B-Droid © Rafał Dalewski
  • B-Droid © Rafał Dalewski
    B-Droid
  • B-Droid © Rafał Dalewski
    B-Droid
  • B-Droid © Rafał Dalewski
    B-Droid
Das Problem beim Bestäuben besteht darin, dass diese Tätigkeit eine wahrhaft insektenartige Präzision erfordert. Überall auf der Welt sucht man nach Lösungen. In Kanada wurden spezielle Bürsten für Traktoren entwickelt, die sich in der Praxis jedoch nicht bewährten. In China werden Obstbäume nach wie vor von Hand bestäubt – eine Methode, die bereits im Altertum bekannt war. Die Arbeiter sammeln den Blütenstaub mithilfe spezieller Pinsel von den Staubblättern, ohne dabei die Blüte zu beschädigen, und übertragen sie auf die Fruchtblätter derselben oder einer anderen Blüte. Das manuelle Bestäuben ist eine langwierige Prozedur. Wie löst nun der B-Droid diese Aufgabe?

In der ersten Phase überprüft der B-Droid den Bereich, in dem er nach Blüten suchen soll, und errechnet die Entfernung zu seinen Zielobjekten. Anschließend bestimmt er anhand von Kamerabildern die genaue Position der Blüten. Sobald das geschehen ist, wird ein System in Gang gesetzt, das die einzelnen Abläufe des Prozesses koordiniert. Daraufhin bewegt sich der Roboter zu dem ersten Ort, an dem er eine Blüte vermutet. Auf dem Weg dorthin misst er die zurückgelegte Entfernung und erstellt eine Karte seiner Umgebung, auf der er sämtliche gefundenen Objekte markiert. Sobald er eine Blüte erreicht, errechnet er eine Annäherung des Pinsels an das Ziel. Schließlich streicht der Pinsel über die Blüte und der gesamte Prozess beginnt von Neuem. Wie lange das dauert? Bisher noch recht lang, denn es geht bei diesen Tests weniger um Schnelligkeit als vielmehr darum, zu prüfen, ob das System tatsächlich funktioniert und in der Lage ist, die entsprechenden Pflanzen zu finden.

Dr. Rafał Dalewski hält die Software für den wichtigsten Bestandteil des Projekts, schließlich steuert sie sowohl den fahrenden als auch den fliegenden Roboter. Die Konstruktion des Flugroboters ist komplizierter, da er wesentlich mehr Energie benötigt, um in der Luft zu bleiben, und der Akku somit häufiger gewechselt werden muss. Ein weiteres Problem besteht darin, dass das Manövrieren in einer dreidimensionalen Umgebung ein wesentlich präziseres Mapping erfordert. All diese Aufgaben haben die Wissenschaftler noch vor sich. Ein erster Test des fahrenden Roboters auf einem Rapsfeld verlief bereits zufriedenstellend. Wenn alles nach Plan verläuft, soll das Projekt schon bald in die nächste Testphase gehen.

Hatten Darwin und Einstein recht?

Das Gerät könnte außerdem für Züchter von Interesse sein, die neue Pflanzensorten entwickeln wollen. Auch beim Einsatz von Pflanzenschutzmitteln könnte der der B-Droid eine wichtige Rolle spielen, da er in der Lage ist, nur die Pflanze und nicht ihre Umgebung zu besprühen. Eine solche Lösung wäre unter anderem für Obstbauern eine große Erleichterung.

Zukünftige Anwendungsmöglichkeiten sehen die Entwickler des Projekts auch im Rettungsdienst: Bei Großbränden könnte man zum Beispiel anstelle von Feuerwehrmännern „Bienen“ zum Brandort schicken, die das Gebiet erkunden und die Gefahrenlage beurteilen.

Das System bietet zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Der B-Droid besitzt „Augen“, eine Transporteinheit und auch eine Software, die in der Lage ist, Situationen zu erkennen und zu interpretieren.

Zum Schluss bleibt die Frage, ob Darwin und Einstein tatsächlich recht hatten: Können wir ohne Bienen nicht leben? „Bevor ich mich näher mit diesem Thema beschäftigte, erschien mir diese Abhängigkeit wesentlich stärker. Sie ist sicherlich von großer Bedeutung, aber dass die Menschheit ohne Bienen aussterben könnte, halte ich für wenig wahrscheinlich. Es könnte jedoch passieren, dass viele Lebensmittel nicht mehr oder nur noch selten auf unseren Tisch kommen, weil ihre Herstellung zu teuer wird. Außerdem wird der Mangel an Bienen schwer vorhersehbare und weitreichende Veränderungen in den lokalen Ökosystemen nach sich ziehen. Wir müssen also alles dafür tun, um die Population der bestäubenden Insekten zu erhalten und nach Möglichkeit wieder zu erhöhen. Gleichzeitig müssen wir uns Gedanken über technologische Alternativen für den Bestäubungsprozess machen. Der technische Fortschritt hat längst auch in der Landwirtschaft Einzug gehalten, sodass die Nutzer keinerlei Probleme mehr haben sollten, Geräte zur künstlichen Pflanzenbestäubung zu verwenden“, tröstet Dr. Rafał Dalewski.