Mekaniska pollinatörer ersätter bin

Men nu är forskare i full färd med att kopiera färdigheterna hos en av naturens bästa pollinatörer – biet – till en liten, flygande drönare som ska hjälpa jordbrukare med arbetet på marker och i växthus.

Bin bistår vid blommors parning

Pollinationen av blommor och grödor är avgörande för världens ekosystem och har varit det ända sedan de första blomväxterna vecklade ut kronbladen för omkring 150 miljoner år sedan.

Vid den tiden tros insekter ha börjat leva av pollen. Baserat på fossilfynd från samma tid har forskare sett att ­flygande insekter ökade oerhört i antal till följd av ett fördelaktigt samarbete med de nya, blommande växterna.

I dag består partnerskapet av att biet ­förflyttar sig från blomma till blomma för att samla in nektar och pollen. Utbytet förs hem till kolonin och används som foder till larver, arbetsbin, drönare och drottning.

Biets många blombesök ser samtidigt till att växterna lyckas med sin fortplantning. Under besöket samlar biets päls upp pollen – de manliga köns­cellerna som sitter på blommans ståndare.

De överförs sedan till ­pistillen på en annan blomma när biet dyker ned mellan kronbladen på nästa växt. Därmed är befruktningen fullbordad och fruktämnet börjar utvecklas till exempelvis ett äpple eller ett björnbär.

Blomväxter utgör i dag omkring 80 ­procent av alla landväxter på vår planet. ­Botaniker har upptäckt drygt 300 000 arter, och det finns troligen ytterligare 100 000 okända arter – huvudsakligen i tropikerna.

Hotet är allvarligt även om pollinatörernas försvinnande inte innebär att alla blomväxter dör ut och tar med sig människan i graven. Av alla blomarter på jorden är 90 procent helt eller delvis beroende av djur – oftast insekter – för sin pollination. I FN-­rapporten uppskattar experterna att det sammanlagda värdet av de grödor som ­pollinatörer hjälper till att befrukta årligen utgör ­mellan två och 5,5 biljoner kronor.

En analys från bilaboratoriet vid Uni­versity College Davis i Kalifornien, USA, visar dessutom att totalt 91 av jordens 107 vik­tigaste grödor i någon grad är beroende av bin för pollination. Många av dem producerar ett flertal av de vitaminer, näringsämnen och oljor som har stor betydelse för vår hälsa.

Det minskade bibeståndet har inte enbart konsekvenser för människor, utan även för fåglar, fladdermöss och groddjur, som i stor utsträckning lever av att äta bin. Dessutom finns det otaliga djur som också lever av den frukt som bin pollinerar. För­svinner bina leder det till drastiska rubb­ningar i stora delar av näringskedjan.

Bibeståndet hotas från flera håll

Forskare vet fortfarande inte exakt varför bina försvinner, men troligtvis finns svaret i en kombination av flera oförutsägbara ­konsekvenser av mänsklig aktivitet.

Experter framhåller bland annat att ­moderna jordbruk i dag drivs på ett sätt som tvingar bin att klara sig utan mat under långa perioder. På våren finns det mängder av pollen och nektar på de stora arealer där det har såtts grödor, men när det arbetet väl är avslutat efter skördetid blir det plötsligt ont om blommor.

Flera olika typer av bekämpningsmedel hotar också bins livs­villkor. Ogräsmedel tar kål på många av de naturliga blommor som bin lever på när fälten har blommat över. Andra bekämpningsmedel såsom insektsmedel dödar bin direkt genom att överstimulera nervsystemet eller indirekt genom att förstöra deras förmåga att hitta rätt i landskapet, varpå de flyger vilse på väg tillbaka till kolonin och dör.

Samtidigt ökar en av binas naturliga fiender – varroakvalstret – snabbt i antal, ­något som enligt vissa biologer också kan förklara den utbredda bidöden. Kvalstret fanns bara i Asien fram till 1980-talet, men spreds sedan vidare till både Europa och USA.

Varroa­kvalstret suger ut biets blod, vilket försvagar dem, och bär dessutom på åt­skilliga virussjukdomar som sprids när biet kommer hem till kupan. Ofta riskerar hela kolonin därför att dö ut under ett kvalsterangrepp om ingen biodlare ingriper.

I Kina är bristen på naturliga pollinatörer redan en realitet. I stora områden måste ­äppel- och päronträd pollineras av arbetare med penslar, eftersom alla nyttoinsekter i stort sett utplånades av överdriven användning av bekämpningsmedel på 1980-talet.

Dessvärre är de mänskliga ersättarna hopplöst ineffektiva jämfört med naturen – och handpollinationen kostar den enskilde frukt­odlaren tio gånger mer än utgifterna för att hyra bikupor.

Jordbrukare har förgäves försökt lösa bristen på bin genom att sprida pollen över en fruktodling i blom från ett besprutningsplan. Men försök som har gjorts på äppelodlingar har visat att även en kraftig bombmatta med pollen gav träden 70 procent färre frukter än insekts­pollination, och de äpplen som växte fram var 40 procent mindre än normalt.

Robotpollinatör utmanar forskare

Tiden för biet som den främsta pollinatören i världen verkar snart rinna ut, men ­hittills finns det inget substitut som är i ­när­heten av att pollinera lika effektivt. ­Därför arbetar forskare och ingenjörer på uni­versitet världen över för högtryck med att skapa en värdig ersättare.

Det krävs att forskarna övervinner tre utmaningar. Först måste de kopiera biets viktigaste färdigheter såsom pollination så att ­pollinationen kan utföras av en drönare eller en robot. Därefter ska de krympa systemen, så att de blir lika små som bin. Till sist ska alltihop monteras ihop i ett högtekniskt ­paket som effektivt kan sköta pollinationen med minimal mänsklig inverkan.

Forskarna är redan på god väg att klara det. En av biets viktigaste färdigheter är att hitta rätt blommor. Det kräver en ­avancerad bildigenkänning hos den robot som ska upptäcka rätt arrangemang av kron­blad i rätt färger i fullt dagsljus, när det är mulet, i beckmörker och från ­alla tänkbara vinklar. Det är ingen enkel uppgift. En av de bästa uppfinningarna är roboten BrambleBee, som har utvecklats vid West Virginia University.

Med en kamera på armen bygger roboten upp en detaljerad överblick över alla olika blommor i ett växthus. Med utgångspunkt i sina kunskaper om blommornas utseende i olika stadier av mognad och genom att ­minnas sitt tidigare arbete i växthuset identifierar BrambleBee blommor som behöver pollineras, precis som riktiga bin.

Men i dag är BrambleBee bara en stor, långsamt rullande robot, stor som ett kylskåp och ­alltså inte någon praktisk pollinatör i det fria. För det ändamålet måste den konst­gjorda pollinatören vara betydligt rörligare och klara av att lätt samla upp och sprida pollen från blomma till blomma.

Därför ­experimenterade japanska forskare 2017 med en vanlig hobbydrönare, som hade klätts i något som skulle påminna om bins päls. De lyckades få drönaren att befrukta en lilja med pollen från en annan blomma.

På Harvard University i USA har forskare tagit fram världens minsta flygande drönare, som passande nog har fått namnet RoboBee. ­Drönaren väger mindre än 90 milligram och kan flyga både baklänges och stå stilla i ­luften, vilket gör den lika flink som den svart- och gulrandiga insekten.

Men drönarens rörelsefrihet är fortfarande kraftigt begränsad ­eftersom den måste få ström via en kabel för att kunna flyga. Inte ens de mest avancerade batterierna som finns i dag kan göras så små och lätta att de kan driva drönare så små som bin.

Forskarnas nästa uppgift blir att samla biets alla färdigheter i en enda flygande ­robot i rätt storlek, men där har forskarna ännu inte nått något genombrott.

Den grad av självständighet som är nödvändig i framtidens konstgjorda bin kräver nämligen jättekliv framåt inom artificiell intelligens och datorteknik.

Det menar James Marshall, expert på neurala nätverk vid uni­versitetet i Sheffield och som har forskat kring hur bin kan uppvisa ett så avancerat beteende med sina relativt små hjärnor.

Marshall uppskattar att vi inte får se någon perfekt biavlösare förrän omkring 2035 om dagens teknik-utveckling fortsätter i samma takt.

Mikrodrönare hjälper jordbruket

Den avancerade pollinationsuppgiften är inte den enda som forskare kan tilldela de små flygande insektsrobotarna.

En svärm av självstyrande robotbin skulle exempelvis vara idealisk att skicka ut över stora jordbruksarealer och ge jordbrukarna detaljerad information som gör det lättare att förutspå skörden eller dosera bevattningen.

Det ­skulle effektivisera jordbruket drastiskt, ­vilket är avgörande för att mätta alla munnar i framtiden när världens befolkning år 2050 når upp till nästan tio miljarder.

Växter som majs, vete och sockerrör är vindpollinerade, och behöver därmed inte hjälp från en levande pollinatör som ett bi.

Men det gör inte läget mindre allvarligt, och alla forskare som i dag är upptagna med att utveckla robotbina är eniga om att den bästa lösningen ändå är att fortsätta ­arbeta hårt för att säkerställa naturens ursprung­liga pollinatörers överlevnad.