无人机将通过提供特写、高分辨率成像和数据收集功能来彻底改变生物多样性研究

为了拥有健康的生态系统，我们需要生物多样性，因为它支持地球上的所有生命，包括人类。没有各种微生物、植物和动物，我们根本不可能拥有一个平衡的环境。

为了维持健康的生态系统，我们需要生物多样性，因为它支持地球上的所有生命，包括人类。没有各种微生物、植物和动物，我们根本不可能拥有一个平衡的环境。

生物多样性提供清洁空气、淡水和洪水管理等生态系统服务，这对人类福祉至关重要。它还支持粮食安全，帮助碳封存，解毒和分解废物，增强生物体的恢复力，并帮助调节疾病。植物和动物的基因甚至被用来开发药物和药品。

所以，很明显我们需要更好地了解生物多样性。研究森林和树冠生物多样性的有力工具是环境 DNA (eDNA) 分析。然而，在如此高、复杂的环境下，采集eDNA样本并不容易。

传统上，使用诸如滚动树木或表面擦拭等劳动密集型方法来完成这项任务。依靠卫星图像或使用起重机来研究区域不仅需要付出巨大的努力才能达到足够的覆盖范围，而且缺乏精确度。

但现在不再了。无人机将通过提供特写、高分辨率成像和数据收集功能来改变这种情况。

一项新研究建议使用无人机（UAV）探索树顶的生物多样性，特别是在偏远和交通不便的地区。这意味着无人机将安全地执行这项工作，而无需人们前往热带雨林等难以到达的地区从树梢收集遗传物质，同时帮助我们更深入地了解生物多样性。

使用无人机收集 eDNA

eDNA 存在于粘液、粪便和死皮细胞等生物物质中，几十年来一直被用来检查生物多样性。 DNA 痕迹可用于编目和监测生物多样性，帮助研究人员确定特定区域存在哪些物种。

去年初，苏黎世联邦理工学院研究所的科学家们利用这项技术来找出哪些物种利用森林树冠来建造家园。

为了建造这款能够自行在树枝上收集样本的特殊无人机，苏黎世联邦理工学院的研究人员以及瑞士联邦研究所 WSL 的研究人员与 SPYGEN 公司合作。

飞机底部安装有胶条。将无人机轻轻地降落在树枝上，一旦通用材料从树枝转移到这些粘合剂上，就会对其进行分析。

但是牧场的厚度和弹性各不相同。而让飞机接近树枝并保持稳定以成功采集样本对研究人员来说是一个巨大的挑战。

“降落在树枝上需要复杂的控制。”

——Stefano Mintchev，当时苏黎世联邦理工学院和 WSL 环境机器人学教授

因此，团队为无人机安装了力感应笼，使飞机能够测量树枝的灵活性并利用它来移动。随后该设备在 7 种树种上进行了测试，结果发现样本中含有来自 21 个不同生物群的 DNA，包括鸟类、昆虫和哺乳动物。

虽然这是将生物学家送到树顶的更简单、更快、更安全的替代方案，但即使这种方法也不是完全没有风险的。

使用无人机时，如果发生意外的严重碰撞，不仅会损坏树木，还会损坏无人机本身。然后，仅从无人机降落的树枝上收集样本存在限制。因此，虽然结果“令人鼓舞”，但无人机必须改进。

改进的生物多样性研究系统

现在，苏黎世联邦理工学院的科学家们创造了一种新颖的、定制设计的机器人系统。这种无人机在树冠内收集 eDNA 的新方法采用了表面擦拭技术。

该研究由苏黎世联邦理工学院机器人学博士生 Steffen Kirchgeorg 领导，开发了一种带有平面织物探针的采样系统。这块羊毛布实际上被切成圆形，就像咖啡过滤器的形状一样，并附有玻璃纤维条以提供结构。

探头通过安装在四轴飞行器底部的起重装置的系绳向下移动。这样，无人机就可以远离植被。

无人机还配备了传感器，可以防止探测器的绳索缠绕在树枝上。研究人员对系统进行了编程，使其在检测到撞击时自动移动位置。

它的工作原理是无人机安全地悬停在树梢上方。然后将探针降低穿过树叶，擦过树叶和树枝。一旦收集了 eDNA，就可以移除探针，以便随后分析其内容。

该实验是在东南亚的雨林中进行的，Kirchgeorg 和同事通过机载摄像头的实时直播远程控制无人机。无人机飞出视线范围，从森林树冠采集十个样本。

新方法的有效性在 XPRIZE 雨林半决赛中得到了证明，团队透露他们发现了 152 个不同物种的 eDNA

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