In einem japanischen Labor werden Lilien durch Bienen-Drohnen bestäubt. Die 100 Dollar teuren Quadcopter haben einen Durchmesser von nur 4,2 Zentimetern und wiegen gerade einmal 14,8 Gramm. Man hört sie summen, bevor sie vorsichtigen Kontakt mit dem Zielobjekt aufnehmen. „Bis jetzt ist mein Roboter nur ein Machbarkeitsbeweis“, so Eijiro Miyako, Chemiker am National Insitute Of Industrial Science an Technology (AIST) in Osaka. „Aber es macht Sinn für die Zukunft. Wir versuchen das Beste und freuen uns drauf“, sagt er gegenüber WIRED.
Miyakos Studie kam rein zufällig zustande: Vor zehn Jahren testete er die elektrische Leitfähigkeit von Flüssigkeiten. Eine klebrige Flüssigkeit, die aus einer Polymerisation von Imidazol durch Acryl entstanden war, stellte sich als nicht leitfähig heraus. Sie wurde in einem Schrank in einer Flasche ohne Deckel aufbewahrt und vergessen. Vor zwei Jahren musste Miyako dann aus seinem Labor ausziehen.
Beim Aufräumen entdeckte er das Gel: „Ich habe bemerkt, dass die Gele Staub gesammelt haben. Das brachte mich auf die Idee, dass sie vielleicht auch Pollen anziehen könnten. Er sei damals „emotional bewegt“ vom Aussterben der Bienenvölker gewesen, sagt Miyako. „Ich dachte, dass wir unbedingt eine Lösung für dieses Problem finden müssen.“
„Dieses Projekt ist ein Ergebnis des Zufalls“, erzählt der Forscher. „Wir waren überrascht, dass das ionische Gel sich nach acht Jahren nicht abgesetzt hatte und immer noch so dickflüssig war. Konventionelle Gele bestehen hauptsächlich aus Wasser und können nicht für eine lange Zeit genutzt werden. Deshalb haben wir dieses Material für die Forschung verwendet.“
Die ersten Testobjekte waren Ameisen: 30 Insekten wurden mit einem Tröpfchen des Gels eingeölt und in ein Glas mit Tulpen gesetzt. „Nach drei Tagen betrachteten wir ihre Körper unter einem Elektronenmikroskop, um die Pollen zu zählen. Wir verglichen die hybriden Gel-Ameisen und die wilden Ameisen ohne Gel – die hybriden hatten 1000 Mal mehr Pollen gesammelt. Das Gel besitzt außerdem einen Camouflage-Effekt durch seine photochromen chemischen Bestandteile“, so Miyako. „Ich bin mir sicher, dass die Tarn-Eigenschaft unsere künstlichen Bestäuber vor Feinden wie cleveren Vögeln oder größeren Insekten schützen könnte.“
Der Durchmesser des Pferdehaares war ideal für die Beschichtung mit dem Gel und zum Sammeln der Pollen
Damit das Gel an den Drohnen haften bleibt und die Blumen bestäuben kann, haben Miyako und sein Team sich für Pferdehaar entschieden. „Der Durchmesser des Pferdehaares war ideal für die Beschichtung mit dem Gel und zum Sammeln der Pollen“, sagt Miyako. Fast noch wichtiger war, dass Pferdehaar ein biologisch abbaubares und umweltfreundliches Material ist. Die fliegenden Roboter könnten mehr als zwei Milligramm Pollen per Flug tragen, die am vertikal ausgerichteten Pferdehaar kleben bleiben. Mit einem Radiowellen-Controller sollen die Drohnen zu den Blumen manövriert werden.
„In der Tat wird es sehr schwer sein, mit den Roboter-Bestäubern genau das Ziel zu treffen. Ich glaube, dass eine Form von Künstlicher Intelligenz, GPS und hochauflösenden Kameras nützlich für das Entwickeln von automatischen Maschinen in der Zukunft sein werden. Genau genommen wird uns KI in der Zukunft beim Entwickeln von automatischen Maschinen helfen“, erklärt Miyako. „Im Speziellen wird KI Intelligenz in die Roboter-Drohnen bringen. Sie werden autonom etwas wie den kürzesten Weg und die höchste Effizienz berücksichtigen. Das wäre sehr hilfreich und nützlich für Bauern, oder?“
Eine im vergangenen Jahr veröffentlichte Studie hat die Entwicklung von Bienen-Populationen über einen Zeitraum von 18 Jahren in England beobachtet. Heraus kam, dass Insektizide in einem direkten Zusammenhang zum Rückgang der Population stehen. Eine andere Studie belegte, dass 57 der in der Europäischen Union lizenzierten Pestizide giftig für Honigbienen sind. Unterdessen hängen aber schätzungsweise 235 von 577 Milliarden Dollar der weltweiten Gesamternte von Bestäubern ab, wie ein Bericht der IBES (Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services) im Jahr 2016 belegt hat.
Miyako glaubt, dass sein Projekt dieses Problem mithilfe von automatisierter und manueller Pollenbestäubung lösen könnte. „Wir hoffen, dass die Roboter-Bestäuber Bienen ersetzen können.“ Sein Team ist nicht das Einzige, dass dieses Problem lösen will. In Laboren der Universitäten in Harvard, Sheffield und Sussex werden seit Jahren Roboter-Bienen verschiedener Arten entwickelt.
Die Informatiker der Universitäten in Sussex und Sheffield haben ein KI-Bienenhirn entwickelt. Ihre Software hat in einem Netz tausende von virtuellen Neuronen verbunden, welche das Gehirn einer echten Biene widerspiegeln sollen. In einem Projekt namens Green Brain wurde den Drohnen beigebracht, wie sie einen Gang entlang fliegen, ohne dabei die Wände zu streifen. Dabei waren sie drahtlos mit einer Workstation gekoppelt. Mit dem Projekt Brains On Board soll das Projekt in die echte Welt gelangen, wo der Roboter autonom navigieren muss. Dabei soll er den Horizont identifizieren und Hindernissen ausweichen. Ein kreditkartengroßer Nvidia-Grafikprozessor soll dazu in die Drohne eingebaut werden.
Abgesehen von der eingebauten Künstlichen Intelligenz weist das Projekt weitere starke Unterschiede zu Miyakos Ansatz auf. „Unsere Quadrokopter-Drohnen haben einen Durchmesser von ungefähr 40 mal 40 Zentimeter“, erklärt Thomas Nowotny, Professor für Informatik an der University of Sussex gegenüber WIRED. „Meiner Meinung nach ist Miyakos Projekt etwas zu ehrgeizig. Kleine Drohnen haben nahezu keine Elektronik eingebaut, da kann man nicht viel KI nutzen. Die Dinge entwickeln sich natürlich schnell – die Leistungsfähigkeit von Smartwatch-Prozessoren ist größer als die von Computern vor 15 Jahren. Trotzdem ist es etwas gewagt, das von Micro-Drohnen zu verlangen.“
Wir wollen die Fähigkeiten von Bienen für Such- und Rettungsaktionen nachbauen
Nowotny und sein Team wollen keine Armee von künstlichen Bestäubern bilden. Sie wollen autonome, fliegende Roboter schaffen, die die selben Navigations- und Lernfähigkeiten wie Honigbienen besitzen. Die Drohnen könnten in Such- und Rettungsaktionen oder Bombenentschärfungen helfen. Die Forscher in Sussex interessieren sich nicht für die Bestäubungs-Fähigkeiten der Bienen, sondern ihre Gehirne. „Bienen können bestimmte Dinge wie die Navigation ohne GPS oder Kontrolle tun“, so Nowotny. „Sie fliegen einfach heraus, sehen die Welt und kommen autonom zurück. Dabei können sie auch anspruchsvollere Aufgaben lösen. Wir wollen ihre Fähigkeiten für Such- und Rettungsaktionen nachbauen. Die Drohne könnte in instabiles Gebäude fliegen, in das kein GPS eindringen kann. Dann könnte sie nach Menschen suchen und ohne Steuerung zurückfliegen.“
Zusätzlich arbeitet das Team an der Fähigkeit der KI-Biene, Gerüche und Objekte auseinanderzuhalten. „Sie könnten eine Quelle von Luftverschmutzung ausfindig machen oder Sprengstoffe entdecken. Bienen nutzen Duft zum Finden von Blumen, in Green Brain könnten sie zwei Gerüche anhand von chemischen Sensoren unterschieden.“ Obwohl Roboter-Bestäuber eines Tages Realität sein könnten, sind wir laut Nowotny schon an der Grenze des Möglichen. Laut ihm sind die Drohnen nämlich gar nicht robust genug. „Das Problem liegt darin, dass es immer noch viele Kompromisse benötigt – auch wenn wir die neuesten Embedded Controller nutzen, werden unsere Modelle vermutlich etwas langsam sein.“
Miyakos komplette Studie findet ihr hier.
