Die Mamba: Ein drohnengestützter Roboterarm zur Erhaltung gefährdeter Pflanzen in felsigen Umgebungen
Vollständige Lösung
Mamba sammeln Lysimachia iniki
Outreach Robotics
Tropische Inseln sind die Heimat einer einzigartigen Flora und beherbergen eine große Anzahl endemischer Pflanzenarten. Bedrohungen haben zu einem erheblichen Rückgang der Bestände auf Hawaii geführt, wo 97 % dieser endemischen Pflanzenarten als gefährdet, stark gefährdet oder ausgestorben gelten. Vertikale Klippenhabitate dienen als Refugien, um die Pflanzen vor diesen Bedrohungen zu schützen. Diese Lebensräume erschweren jedoch die Erhaltungsarbeit ganz besonders und zwingen Botaniker dazu, riskante und zeitaufwändige Methoden wie das Abseilen anzuwenden, um an entlegene Pflanzenpopulationen zu gelangen. Wir haben die Mamba entwickelt, das erste Luftfahrtsystem, mit dem Pflanzen auf Klippen gesammelt werden können. Das System ermöglichte die Sammlung von Samen vieler vom Aussterben bedrohter Arten, darunter Hibiscadelphus woodii, sowie die kürzliche Entdeckung einer neuen Art: Schiedea waiahuluensis. Die mit diesem Instrument gesammelten Erhaltungspflanzen gedeihen in Baumschulen, was die Auswirkungen auf den Erhaltungszyklus von Organismen, die sich in schwer zugänglichen Umgebungen befinden, und die notwendigen Maßnahmen zur Verhinderung des Aussterbens von Pflanzen demonstriert.
Letzte Aktualisierung: 31 Oct 2025
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Foto- und Videogalerie
Kontext
Angesprochene Herausforderungen
Das Aussterben von Pflanzen beschleunigt sich durch den zunehmenden Druck des Menschen, den Klimawandel und das Vordringen invasiver Arten. Klippenökosysteme bieten einen gewissen Schutz vor diesen Bedrohungen, doch die vertikale Beschaffenheit dieser Lebensräume macht es schwierig, die dort vorkommende biologische Vielfalt zu dokumentieren und zu erhalten. Viele Klippenökosysteme sind nicht oder nur unzureichend erforscht, so dass nur sehr wenig über die botanischen Dunkelflecken bekannt ist. Ein entscheidender erster Schritt für die Erhaltung und den Schutz von Ökosystemen ist das grundlegende Wissen über den Lebensraum und seine Bestandteile. Auf sozialer Ebene schränkt der Mangel an Wissen das Engagement und das Bewusstsein der Gemeinschaft ein, insbesondere in abgelegenen oder geschützten Regionen. Aus wirtschaftlicher Sicht verursachen ineffiziente oder veraltete Methoden zur Überwachung dieser Lebensräume höhere Kosten und verringern die Wirksamkeit von Erhaltungsstrategien.
Standort
Kauai, Hawaii, Vereinigte Staaten
Réunion
Madeira, Portugal
Föderierte Staaten von Mikronesien
Östliches und südliches Afrika
West- und Südeuropa
Ozeanien
Prozess
Zusammenfassung des Prozesses
Drohnen verändern die Art und Weise, wie wir seltene endemische Klippenpflanzen erhalten. Sie ermöglichen es uns, vom Aussterben bedrohte Pflanzenarten effektiv zu erfassen und zu kartieren. Anschließend können die Pflanzen gesammelt werden, um sie zur Vermehrung schnell in unsere Naturschutzgärtnerei zu bringen.
Bauklötze
Drohnenbefragung: Lokalisierung, Kartierung und Bestandsaufnahme entlegener Pflanzenpopulationen
Drohnen haben sich als erster Schritt bei der Bewertung der Klippenflora bewährt. Durch den Einsatz von Drohnen, die uns einen einzigartigen Blick auf diese Umgebungen ermöglichen, können wir nun die Verbreitung und Häufigkeit der vom Aussterben bedrohten endemischen Felsenarten kartieren und ihre Erhaltung vorantreiben. Feldstudien wurden auf Hawaii, in der Republik Palau und auf Madeira (Portugal) mit äußerst positiven Ergebnissen durchgeführt.
Ermöglichende Faktoren
Mit der Verbesserung und Weiterentwicklung der Drohnentechnologie ist diese Erhebungsmethode für eine Reihe von Naturschutzfachleuten zugänglich geworden. Hochauflösende Kamerasensoren ermöglichen die Identifizierung einer Reihe von Pflanzen, von großen Bäumen bis hin zu kleinen krautigen Organismen. Dank der höheren Akkukapazität können Drohnenpiloten jetzt bis zu 45 Minuten Erhebungszeit in einem einzigen Flug durchführen. Die durch die Verfeinerung der Software verbesserte Benutzerfreundlichkeit macht den Einsatz von Drohnen auch für Anfänger sicher und effizient, was die Akzeptanz dieser Technologie bei Naturschützern erhöht. Am wichtigsten ist jedoch, dass mit der zunehmenden Verbreitung von Drohnen auch die damit verbundenen Kosten gesunken sind, was sie zu einem erstaunlichen Werkzeug für eine Reihe von Anwendungen macht
Gelernte Lektion
Drohnen sind wirksame Instrumente für die Ortung und Bestandsaufnahme kritisch gefährdeter Arten, insbesondere in schwer zugänglichen Umgebungen wie Klippen oder Baumkronen. Die Bewertung von Lebensräumen in Klippen ist für den Artenschutz in diesen Gebieten von entscheidender Bedeutung, da grundlegende Kenntnisse darüber, wo die Arten vorkommen, als Richtschnur für Erhaltungsmaßnahmen dienen und helfen können, Prioritäten für den Landschaftsschutz zu setzen.
Sammlung per Drohne: Einsatz eines drohnengestützten Roboterarms zum Sammeln unzugänglicher Pflanzen
Mit dem Mamba-Tool können wir über Samen oder Stecklinge Pflanzenmaterial von gefährdeten Arten sammeln, die wir im vorherigen Baustein identifiziert und kartiert haben. Dieses Werkzeug hat eine effektive Reichweite von weit über 1000 m, so dass selbst die unzugänglichsten Gebiete für Bewirtschaftungsmaßnahmen zur Verfügung stehen.
Ermöglichende Faktoren
Die Entwicklung dieses Geräts durch erfahrene Robotik-Ingenieure beschleunigte die Erhaltung vieler Arten durch Mitarbeiter des National Tropical Botanical Garden und Partner des Plant Extinction Prevention Program. Die Mamba verfügt über ein austauschbares Kopfsystem, das je nach Zielart und der Art des für die Konservierung erforderlichen Materials ein individuelles Sammeln ermöglicht. Viele Komponenten dieses Mechanismus wurden im 3D-Druckverfahren hergestellt, was kostengünstig und flexibel ist und schnelle Entwicklungsprozesse ermöglicht. Die Mamba wird mit leicht erhältlichen Drohnenkomponenten gebaut, was ebenfalls die Kosten und die Bauzeit reduziert. Die Entwicklung dieses Werkzeugs wurde von Doktoranden durchgeführt und umfasst modernste Hardware- und Softwarelösungen, die speziell für diese Anwendung entwickelt wurden.
Gelernte Lektion
Bei einem Projekt dieser Art ist es von entscheidender Bedeutung, dass erfahrene Außendienstmitarbeiter und professionelle Robotik-Ingenieure zusammenarbeiten, da beide Parteien wichtige Informationen für die Entwicklung und die Überlegungen zur effektiven Erhaltung liefern. Es ist erwähnenswert, dass der Entwicklungsprozess iterativ ablief und Raum für Tests und Überarbeitungen des Designs ließ, so dass letztendlich ein gut funktionierendes und äußerst nützliches Werkzeug eingesetzt werden konnte.
Pflanzenvermehrung: höhere Effizienz durch verbesserte Sammeltechniken
Sobald die Pflanzen gesammelt sind, werden sie zur Vermehrung in unsere Erhaltungsgärtnerei oder zur Lebensfähigkeitsprüfung und Lagerung in unser Saatgutlabor gebracht. Wir stellen fest, dass diese Methoden immer effektiver werden, da die frisch gesammelten Samen und Stecklinge schnell zu unseren Mitarbeitern gelangen. Da viele dieser einzelnen Pflanzen vorher nicht bekannt waren, erhöhen diese Maßnahmen die genetische Vielfalt der Ex-situ-Sammlungen und bieten einen sicheren Ort angesichts der Umweltzerstörung.
Ermöglichende Faktoren
Früher mussten Botaniker die entlegenen Felsen, in denen diese Arten vorkommen, erklimmen, was das Sammeln und die Weitergabe an die Mitarbeiter der Baumschule zur Vermehrung schwierig und zeitaufwändig machte. Mit dem Mamba-Mechanismus sind die Sammlungen schnell gesammelt und an die Gärtnerei weitergeleitet.
Gelernte Lektion
Frische Stecklinge und Samen haben eine höhere Erfolgsquote bei der Vermehrung.
Auswirkungen
In den vergangenen sieben Jahren, in denen wir Drohnen für die Dokumentation und den Schutz von Klippentaxa eingesetzt haben, konnten wir die bekannten Populationen von mindestens 30 stark bedrohten Pflanzenarten erheblich vergrößern. In einigen Fällen haben wir zahlreiche einzelne Pflanzen kartiert, was zu einer Verzehnfachung der bekannten Populationen dieser Arten führte. In Verbindung mit dem neu entwickelten Mamba-Probenahmearm haben wir 17 vom Aussterben bedrohte Arten gesammelt, um deren Erhaltung zu unterstützen. Darüber hinaus haben wir eine neue Art beschrieben (vielleicht die erste Art, die anhand von per Drohne gesammelten Exemplaren beschrieben wurde) und eine Reihe anderer botanischer Anomalien dokumentiert (Ausweitung des Verbreitungsgebiets, Inselaufzeichnungen und unbeschriebene Arten).
Begünstigte
Bislang haben die Mitarbeiter des Naturschutzes und die Arten, mit denen wir arbeiten, sehr von dieser Partnerschaft und der Technologieentwicklung profitiert. Der Erhaltungszustand vieler Arten konnte durch dieses System verbessert werden, was zu einer Überarbeitung der Prioritätenliste für die Arten führte.
Erläutern Sie außerdem das Skalierungspotenzial Ihrer Lösung. Kann sie repliziert oder auf andere Regionen oder Ökosysteme ausgeweitet werden?
Während diese Technologie bereits auf einigen Inselketten rund um den Globus erfolgreich eingesetzt wurde, besteht für die globale Gemeinschaft insgesamt die Möglichkeit, diese Technologie aufzugreifen und in den Regionen, die sie interessieren, einzusetzen. Das System ist benutzerfreundlich und auch für Anfänger leicht zu erlernen. Zukünftige Softwareentwicklungen zielen darauf ab, den Erhaltungsprozess durch automatisiertes Auffinden oder Sammeln von Pflanzen weiter zu vereinfachen. Überall dort, wo es Felsen gibt, könnte dieses Instrument eingesetzt werden. Auch schwer zugängliche Lebensräume wie Ökosysteme mit Baumkronen, dicht bewachsene tropische Wälder, vorgelagerte Inseln oder empfindliche alpine Lebensräume könnten von diesen Instrumenten profitieren.
Globaler Rahmen für die biologische Vielfalt (GBF)
GBF-Ziel 1 - Planung und Bewirtschaftung aller Gebiete zur Verringerung des Verlusts an biologischer Vielfalt
GBF-Ziel 4 - Das Artensterben aufhalten, die genetische Vielfalt schützen und Konflikte zwischen Mensch und Wildtieren bewältigen
GBF-Ziel 8 - Minimierung der Auswirkungen des Klimawandels auf die biologische Vielfalt und Aufbau von Widerstandsfähigkeit
GBF-Ziel 9 - Nachhaltige Bewirtschaftung wildlebender Arten zum Nutzen der Menschen
GBF-Ziel 14 - Einbeziehung der biologischen Vielfalt in die Entscheidungsfindung auf allen Ebenen
GBF-Zielvorgabe 20 - Stärkung des Aufbaus von Kapazitäten, des Technologietransfers und der wissenschaftlichen und technischen Zusammenarbeit im Bereich der biologischen Vielfalt
GBF-Ziel 21 - Sicherstellen, dass Wissen verfügbar und zugänglich ist, um Maßnahmen zur Erhaltung der biologischen Vielfalt zu leiten
Ziele für nachhaltige Entwicklung
SDG 9 - Industrie, Innovation und Infrastruktur
SDG 13 - Klimapolitik
SDG 15 - Leben an Land
SDG 17 - Partnerschaften für die Ziele
Geschichte
Hibiscadelphus woodii-Sammlungen werden an Botaniker geliefert
Ben Nyberg
Die endemische Baumart Hibiscadelphus woodii wurde ursprünglich 1992 entdeckt und beschrieben und war nur von vier einzelnen Pflanzen bekannt. Kurz darauf kamen bei einem Erdrutsch drei Exemplare ums Leben, so dass nur ein einziger Baum für die Art übrig blieb. 18 Jahre lang wurde mit einer Vielzahl von Erhaltungsmaßnahmen - vom Schneiden über das Veredeln bis hin zur Fremdbestäubung - versucht, den Baum ex situ zu erhalten. Es gelang nie, die Art zu vermehren, und als der letzte Baum 2009 starb, dachten wir, die Art sei vom Aussterben bedroht.
Im Jahr 2019 konnte diese Art im Rahmen eines Projekts, bei dem Drohnen eingesetzt wurden, um unzugängliche Felsen in der Nähe zu untersuchen, wiedergefunden werden! Leider waren die beiden Exemplare, die wir in der Mitte einer 500 m hohen Klippe fanden, für Botaniker an einem Seil völlig unerreichbar. Es war ein aufregender Fund, aber wir waren bei der Erhaltung der Art hilflos.
Als die Robotikexperten von Outreach Robotics von dieser Entdeckung erfuhren, schlossen wir uns schnell zu einem Projekt zusammen, um ein drohnengestütztes Werkzeug zu entwickeln, mit dem man Stecklinge von vertikalen Klippen sammeln kann. In den letzten vier Jahren haben wir gemeinsam an der Entwicklung gearbeitet, neue Designs entwickelt und die Mechanismen getestet, die für diese Arbeit erforderlich sind. Die COVID-19-Pandemie verlangsamte zwar unsere Feldtests, ermöglichte aber eine konzentriertere Arbeit im Labor und ein hochentwickeltes Werkzeug, das stabil, effizient und einsatzbereit ist.
Im April 2024 erreichte unser Team das abgelegene Gebiet von Kauai per Hubschrauber und brachte die Drohnenmechanismen und das Feldpersonal an den Ort, an dem wir unsere Sammlung durchführen wollten. Die Drohne und Mamba flogen 300 m zu den Pflanzen und konnten erfolgreich Stecklinge von beiden bekannten Individuen sammeln. Diese Stecklinge wurden dann von Hand per Hubschrauber und anschließend per Flugzeug auf eine andere Insel mit speziellen Vermehrungskammern gebracht, um diese Pflanzen in einer Baumschule zu etablieren. Wir freuen uns, berichten zu können, dass die Stecklinge bewurzelt haben und nun zum ersten Mal sicher ex situ wachsen.
Wir haben Hibiscadelphus woodii mit moderner Technologie gefunden, gesammelt und gezüchtet und sind zuversichtlich, dass wir das Aussterben dieser Art verhindern konnten.
Diese Kombination aus botanischem Fachwissen, gepaart mit Drohnentechnologie und modernster Technik, hat die Art und Weise, wie wir in diesen abgelegenen, zerklüfteten, vertikalen Ökosystemen arbeiten, verändert.
Mitwirkende kontaktieren
Andere Mitwirkende
Guillaume Charron
Aufsuchende Robotik
Nationaler Tropischer Botanischer Garten
Nationaler Tropischer Botanischer Garten
Scott Heintzman
Programm zur Verhinderung des Aussterbens von Pflanzen