Drones Are Set to Revolutionize Biodiversity Research by Providing Close-Up, High-Resolution Imaging and Data Collection Capabilities

Pour avoir un écosystème sain, nous avons besoin de biodiversité, car elle soutient toute vie sur Terre, y compris les humains. Sans une variété de micro-organismes, de plantes et d’animaux, nous ne pouvons tout simplement pas avoir un environnement équilibré.

Pour maintenir un écosystème sain, nous avons besoin de biodiversité, car elle soutient toute vie sur Terre, y compris les humains. Sans une variété de micro-organismes, de plantes et d’animaux, nous ne pouvons tout simplement pas avoir un environnement équilibré.

La biodiversité fournit des services écosystémiques tels que l'air pur, l'eau douce et la gestion des inondations, qui sont cruciaux pour le bien-être humain. Il soutient également la sécurité alimentaire, aide à la séquestration du carbone, détoxifie et décompose les déchets, améliore la résilience des organismes et aide à réguler les maladies. Les gènes des plantes et des animaux sont même utilisés pour développer des médicaments et des produits pharmaceutiques.

Il est donc clair que nous avons besoin d’une meilleure compréhension de la biodiversité. L’analyse de l’ADN environnemental (ADNe) constitue un outil puissant pour étudier la biodiversité dans les forêts et le couvert forestier. Cependant, collecter des échantillons d’ADNe n’est pas facile dans des environnements aussi exigeants et complexes.

Traditionnellement, des approches à forte intensité de main-d'œuvre, comme le roulage des arbres ou l'écouvillonnage des surfaces, ont été utilisées pour accomplir cette tâche. S'appuyer sur des images satellite ou utiliser des grues pour étudier les régions nécessitait non seulement des efforts importants pour atteindre une couverture suffisante, mais manquait également de précision.

Mais plus maintenant. Les drones sont tous prêts à transformer la situation en fournissant des capacités d’imagerie rapprochée et haute résolution et de collecte de données.

Une nouvelle étude propose d'utiliser des véhicules aériens sans pilote (UAV) pour explorer la biodiversité à la cime des arbres, en particulier dans les zones reculées et inaccessibles. Cela signifie que les drones effectueront leur travail en toute sécurité sans obliger les gens à se rendre dans des zones difficiles d'accès comme les forêts tropicales humides pour collecter du matériel génétique à la cime des arbres, tout en nous aidant à mieux comprendre la biodiversité.

Collecter de l'ADNe à l'aide de drones

L'ADNe se trouve dans des substances biologiques telles que le mucus, les selles et les cellules mortes de la peau et est utilisé pour examiner la biodiversité depuis plusieurs décennies maintenant. Utilisées pour cataloguer et surveiller la biodiversité, les traces ADN aident les chercheurs à déterminer quelles espèces sont présentes dans une zone particulière.

Au début de l'année dernière, des scientifiques de l'institut de recherche de l'ETH Zurich ont utilisé cette technique pour découvrir quelles espèces utilisent le couvert forestier pour construire leurs habitations.

Pour construire ce drone spécial, capable de collecter seul des échantillons sur des branches d'arbres, des chercheurs de l'ETH Zurich ainsi que ceux de l'Institut fédéral de recherche WSL se sont associés à la société SPYGEN.

L'avion a été installé avec des bandes adhésives au bas de celui-ci. Le drone a été posé doucement sur les branches et une fois le matériau générique transféré des branches vers ces adhésifs, il a ensuite été analysé.

Mais les ranchs varient dans leur épaisseur et leur élasticité. Et faire en sorte que l'avion s'approche d'une branche et reste stable pour prélever des échantillons avec succès s'est avéré être un grand défi pour les chercheurs.

« Atterrir sur des branches nécessite un contrôle complexe. »

– Stefano Mintchev, alors professeur de robotique environnementale à l'ETH Zurich et au WSL

L'équipe a donc équipé le drone d'une cage de détection de force, qui a permis à l'avion de mesurer la flexibilité de la branche et de l'utiliser pour se déplacer. L'appareil a ensuite été testé sur sept espèces d'arbres et les échantillons contenaient de l'ADN provenant de 21 groupes distincts d'organismes, notamment des oiseaux, des insectes et des mammifères.

Bien qu'il s'agisse d'une alternative plus simple, plus rapide et plus sûre que d'envoyer des biologistes en hauteur dans la cime des arbres, même cette méthode n'est pas totalement sans risque.

Lors de l'utilisation du drone, il existe un risque d'endommager non seulement l'arbre mais également le drone lui-même en cas de collision violente involontaire. Ensuite, il y a la limitation de collecter des échantillons uniquement sur les branches sur lesquelles le drone atterrit. Ainsi, même si les résultats ont été « encourageants », le drone devait s’améliorer.

Un système amélioré pour étudier la biodiversité

Maintenant, des scientifiques de l'ETH Zurich ont créé un nouveau système robotique conçu sur mesure. Cette nouvelle approche permettant aux drones de collecter l'ADNe dans la canopée des arbres utilise une technique d'écouvillonnage de surface.

Dirigée par Steffen Kirchgeorg, doctorant en robotique à l'ETH Zurich, l'étude a développé un système d'échantillonnage avec une sonde en tissu plat. Le morceau de tissu polaire est en fait découpé en cercle, un peu comme la façon dont un filtre à café est façonné, et fixé avec des bandes de fibre de verre pour fournir une structure.

La sonde est descendue sur une attache à partir d'un mécanisme de levage monté sur la face inférieure du quadricoptère. De cette façon, le drone est tenu à l'écart de la végétation.

Le drone était également équipé d'un capteur qui évite que l'attache de la sonde ne s'emmêle dans les branches. Les chercheurs ont programmé le système pour qu'il change automatiquement de position lors de la détection d'un impact.

The way it works is that the UAV hovers safely above the treetops. The probe is then lowered through the foliage where it brushes against leaves and branches. And once eDNA has been gathered, the probe can be removed for its content to be subsequently analyzed.

The experiment was performed in a rainforest in Southeast Asia, where the drone was remotely controlled by Kirchgeorg and colleagues through a live feed from its onboard camera. The drone was flown out of the line of sight to collect ten samples from the forest canopy.

The effectiveness of the new approach was demonstrated during the XPRIZE Rainforest Semi-Finals, where the team revealed they found the eDNA of 152 different species from these

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