Drone Bersedia untuk Merevolusikan Penyelidikan Biodiversiti dengan Menyediakan Keupayaan Pengumpulan Data Dekat, Pengimejan Resolusi Tinggi

Untuk memiliki ekosistem yang sihat, kita memerlukan biodiversiti, kerana ia menyokong semua kehidupan di Bumi, termasuk manusia. Tanpa pelbagai mikroorganisma, tumbuh-tumbuhan dan haiwan, kita tidak akan dapat mempunyai persekitaran yang seimbang.

Untuk mengekalkan ekosistem yang sihat, kita memerlukan biodiversiti, kerana ia menyokong semua kehidupan di Bumi, termasuk manusia. Tanpa pelbagai mikroorganisma, tumbuh-tumbuhan dan haiwan, kita tidak akan dapat mempunyai persekitaran yang seimbang.

Biodiversiti menyediakan perkhidmatan ekosistem seperti udara bersih, air tawar, dan pengurusan banjir, yang penting untuk kesejahteraan manusia. Ia juga menyokong keselamatan makanan, membantu dalam penyerapan karbon, menyahtoksik dan mengurai sisa, meningkatkan daya tahan dalam organisma, dan membantu mengawal penyakit. Gen dalam tumbuhan dan haiwan juga digunakan untuk membangunkan ubat-ubatan dan farmaseutikal.

Jadi, jelas bahawa kita memerlukan pemahaman yang lebih baik tentang biodiversiti. Alat yang berkuasa untuk mengkaji biodiversiti dalam hutan dan kanopi pokok ialah analisis DNA persekitaran (eDNA). Walau bagaimanapun, mengumpul sampel eDNA bukanlah mudah dalam persekitaran yang tinggi dan kompleks.

Secara tradisinya, pendekatan intensif buruh seperti guling pokok atau sapuan permukaan telah digunakan untuk mencapai tugas. Bergantung pada imejan satelit atau menggunakan kren untuk mengkaji kawasan bukan sahaja memerlukan usaha besar untuk mencapai liputan yang mencukupi tetapi juga tidak mempunyai ketepatan.

Tetapi tidak lagi. Dron bersedia untuk mengubah keadaan dengan menyediakan pengimejan beresolusi tinggi dan keupayaan pengumpulan data secara dekat.

Satu kajian baharu mencadangkan menggunakan kenderaan udara tanpa pemandu (UAV) untuk menerokai biodiversiti di puncak pokok, khususnya di kawasan terpencil dan tidak boleh diakses. Ini bermakna dron akan melaksanakan tugas dengan selamat tanpa memerlukan orang ramai pergi ke kawasan yang sukar dicapai seperti hutan hujan tropika untuk mengumpul bahan genetik dari puncak pokok sambil membantu kami mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang biodiversiti.

Mengumpul eDNA Menggunakan Drone

eDNA ditemui dalam bahan biologi seperti lendir, najis, dan sel kulit mati dan telah digunakan untuk memeriksa biodiversiti selama beberapa dekad sekarang. Digunakan untuk mengkatalog dan memantau biodiversiti, jejak DNA membantu penyelidik menentukan spesies yang terdapat di kawasan tertentu.

Awal tahun lepas, saintis dari institut penyelidikan ETH Zurich menggunakan teknik ini untuk mengetahui spesies mana yang menggunakan kanopi hutan untuk membina kediaman mereka.

Untuk membina dron khas ini yang mempunyai keupayaan untuk mengumpul sampel pada dahan pokok sendiri, penyelidik di ETH Zurich bersama-sama dengan mereka dari Swiss Federal Research Institute WSL bekerjasama dengan syarikat SPYGEN.

Pesawat itu dipasang dengan jalur pelekat di bahagian bawahnya. UAV diturunkan perlahan-lahan pada dahan dan setelah bahan generik dipindahkan dari dahan ke pelekat ini, ia kemudian dianalisis.

Tetapi ternakan berbeza dalam ketebalan dan keanjalannya. Dan meminta pesawat mendekati cawangan dan kekal stabil untuk mengambil sampel berjaya terbukti menjadi cabaran besar bagi para penyelidik.

“Mendarat di dahan memerlukan kawalan yang kompleks.”

– Stefano Mintchev, Profesor Robotik Alam Sekitar di ETH Zurich dan WSL pada masa itu

Jadi, pasukan itu memasang dron dengan sangkar pengesan daya, yang membolehkan pesawat mengukur fleksibiliti cawangan dan menggunakannya untuk bergerak. Peranti itu kemudiannya diuji pada tujuh spesies pokok, dan sampel didapati mengandungi DNA daripada 21 kumpulan organisma yang berbeza, termasuk burung, serangga dan mamalia.

Walaupun ini adalah alternatif yang lebih mudah, pantas dan selamat untuk menghantar ahli biologi tinggi ke puncak pokok, walaupun kaedah ini tidak sepenuhnya bebas risiko.

Apabila menggunakan dron, terdapat risiko bukan sahaja merosakkan pokok tetapi juga dron itu sendiri sekiranya berlaku perlanggaran keras yang tidak disengajakan. Kemudian, terdapat had untuk mengumpul sampel hanya dari cawangan tempat dron mendarat. Jadi, walaupun keputusannya "menggalakkan", dron itu terpaksa bertambah baik.

Sistem Yang Diperbaiki untuk Mengkaji Biodiversiti

Kini, saintis dari ETH Zurich telah mencipta sistem robotik yang direka khas. Pendekatan baharu ini untuk UAV mengumpul eDNA dalam kanopi pokok menggunakan teknik sapuan permukaan.

Dipimpin oleh Steffen Kirchgeorg, pelajar PhD robotik di ETH Zurich, kajian itu membangunkan sistem persampelan dengan probe fabrik rata. Sekeping kain bulu sebenarnya dipotong menjadi bulatan, sama seperti cara penapis kopi dibentuk dan dilekatkan dengan jalur gentian kaca untuk memberikan struktur.

Probe digerakkan ke bawah pada tether dari gear mengangkat yang dipasang pada bahagian bawah quadcopter. Dengan cara ini, dron dijauhkan daripada tumbuh-tumbuhan.

Don itu juga dilengkapi dengan penderia yang menghalang penambatan probe daripada berselirat pada dahan. Para penyelidik memprogramkan sistem untuk beralih kedudukan secara automatik apabila mengesan kesan.

Cara ia berfungsi ialah UAV melayang dengan selamat di atas puncak pokok. Probe kemudiannya diturunkan melalui dedaunan di mana ia berus dengan daun dan dahan. Dan apabila eDNA telah dikumpulkan, probe boleh dialih keluar untuk kandungannya dianalisis seterusnya.

Percubaan itu dilakukan di hutan hujan di Asia Tenggara, di mana dron itu dikawal dari jauh oleh Kirchgeorg dan rakan sekerja melalui suapan langsung dari kamera onboardnya. Drone itu diterbangkan keluar dari garis penglihatan untuk mengumpul sepuluh sampel dari kanopi hutan.

Keberkesanan pendekatan baharu telah ditunjukkan semasa Separuh Akhir Hutan Hujan XPRIZE, di mana pasukan mendedahkan mereka menemui eDNA daripada 152 spesies berbeza daripada ini

Atas ialah kandungan terperinci Drone Bersedia untuk Merevolusikan Penyelidikan Biodiversiti dengan Menyediakan Keupayaan Pengumpulan Data Dekat, Pengimejan Resolusi Tinggi. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!