Il Mamba: Un braccio robotico basato su un drone per preservare le piante in via di estinzione in ambienti rupestri
Soluzione completa
Mamba che raccoglie Lysimachia iniki
Outreach Robotics
Le isole tropicali ospitano una flora unica e un gran numero di specie vegetali endemiche. Le minacce hanno portato a una significativa diminuzione della popolazione nelle Hawaii, dove il 97% di queste specie di piante endemiche sono elencate come in pericolo, in pericolo critico o estinte. Gli habitat delle scogliere verticali fungono da rifugio per proteggere le piante da queste minacce. Tuttavia, questi habitat rendono particolarmente difficile il lavoro di conservazione, costringendo i botanici a utilizzare metodi rischiosi e lunghi come la discesa in corda doppia per accedere a popolazioni di piante remote. Abbiamo sviluppato Mamba, il primo sistema aereo in grado di campionare le piante sulle scogliere. Il sistema ha permesso di raccogliere i semi di molte specie a rischio, tra cui Hibiscadelphus woodii, e la recente scoperta di una nuova specie: Schiedea waiahuluensis. Le raccolte di conservazione effettuate con questo strumento stanno prosperando nei vivai, dimostrando l'impatto sul ciclo di conservazione degli organismi situati in ambienti difficili da raggiungere e le azioni necessarie per prevenire l'estinzione delle piante.
Ultimo aggiornamento: 31 Oct 2025
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Contesto
Sfide affrontate
L'estinzione delle piante sta accelerando con l'aumento della pressione umana, il cambiamento del clima e l'invasione di specie invasive. Gli ecosistemi rupestri offrono una certa protezione contro queste minacce, ma la natura verticale di questi habitat rende difficile documentare e conservare la biodiversità che vi si trova. Molti ecosistemi rupestri sono rimasti inesplorati o sottoesplorati, lasciando zone d'ombra botaniche di cui si sa molto poco. Un primo passo fondamentale per la conservazione e la protezione degli ecosistemi è la conoscenza di base dell'habitat e dei suoi componenti. Dal punto di vista sociale, la mancanza di conoscenze limita l'impegno e la consapevolezza delle comunità, in particolare nelle regioni remote o protette. Dal punto di vista economico, metodi inefficienti o obsoleti per il rilevamento di questi habitat aumentano i costi e riducono l'efficacia delle strategie di conservazione.
Posizione
Kauai, Hawaii, Stati Uniti d'America
Riunione
Madeira, Portogallo
Stati Federati di Micronesia
Africa orientale e meridionale
Europa occidentale e meridionale
Oceania
Processo
Sintesi del processo
I droni stanno cambiando il modo in cui conserviamo le rare piante endemiche delle scogliere. I droni ci permettono di rilevare e mappare efficacemente le specie di piante a rischio, per poi raccogliere le piante e trasferirle rapidamente al nostro vivaio di conservazione per la propagazione.
Blocchi di costruzione
Indagine con il drone: localizzazione, mappatura e inventario di popolazioni vegetali remote
Gli strumenti dei droni sono stati fondamentali come primo passo nella valutazione della flora delle scogliere. Utilizzando i droni per ottenere punti di vista unici su questi ambienti, possiamo ora mappare la distribuzione e l'abbondanza di specie endemiche di scogliere a rischio critico e accelerarne la conservazione. Le indagini sul campo sono state condotte alle Hawaii, nella Repubblica di Palau e a Madeira (Portogallo) con risultati estremamente positivi.
Fattori abilitanti
Con il miglioramento e il progresso della tecnologia dei droni, questa metodologia di indagine è diventata accessibile a una serie di professionisti della conservazione. I sensori della fotocamera ad alta risoluzione consentono di identificare una serie di piante, dai grandi alberi ai piccoli organismi erbacei. Grazie alla maggiore capacità delle batterie, i piloti di droni possono ora aspettarsi di effettuare fino a 45 minuti di rilevamento in un singolo volo. I miglioramenti apportati all'usabilità grazie al perfezionamento del software rendono i droni sicuri ed efficienti anche per i principianti, aumentando l'adozione di questa tecnologia da parte dei professionisti della conservazione. Soprattutto, con la maggiore disponibilità dei droni, i costi associati si sono ridotti, rendendoli uno strumento straordinario per una vasta gamma di applicazioni.
Lezione imparata
I droni sono strumenti efficaci per la localizzazione e l'inventario delle specie a rischio, soprattutto in ambienti di difficile accesso come le scogliere o le chiome degli alberi. La valutazione degli habitat delle scogliere sarà fondamentale per la conservazione delle specie in queste aree, in quanto la conoscenza di base della presenza delle specie può guidare le azioni di conservazione e aiutare a dare priorità alla protezione del paesaggio.
Raccolta con il drone: Utilizzo di un braccio robotico basato su un drone per raccogliere piante inaccessibili
Lo strumento Mamba ci permette di raccogliere materiale vegetale tramite semi o talee dalle specie a rischio che abbiamo identificato e mappato nel blocco precedente. Questo strumento ha un raggio d'azione effettivo di oltre 1000 metri, rendendo disponibili per le azioni di gestione anche le aree più inaccessibili.
Fattori abilitanti
Lo sviluppo di questo strumento da parte di esperti ingegneri robotici ha accelerato la conservazione di molte specie da parte del personale sul campo del National Tropical Botanical Garden e dei partner del Plant Extinction Prevention Program. Il Mamba è dotato di un sistema di teste intercambiabili che consente una raccolta personalizzabile a seconda della specie bersaglio e del tipo di materiale necessario per la conservazione. Molti dei componenti di questo meccanismo sono stampati in 3D, un sistema economico e flessibile che consente di accelerare i processi di sviluppo. Il Mamba è costruito con componenti di droni facilmente reperibili, il che riduce anche i costi e i tempi di costruzione. Lo sviluppo di questo strumento è stato intrapreso da studenti di dottorato e integra soluzioni hardware e software all'avanguardia, progettate appositamente per questa applicazione.
Lezione imparata
Quando si intraprende un progetto di questo tipo, è fondamentale che il personale esperto sul campo sia affiancato da ingegneri robotici professionisti, poiché entrambe le parti forniscono informazioni cruciali per guidare lo sviluppo e le considerazioni sulla conservazione. Vale la pena sottolineare che il processo di sviluppo è stato iterativo, lasciando spazio a test e revisioni del progetto e consentendo infine la realizzazione di uno strumento ben funzionante e di grande utilità.
Propagazione delle piante: maggiore efficienza con tecniche di raccolta migliorate
Una volta raccolte, le piante vengono trasferite al nostro vivaio di conservazione per la propagazione o al nostro laboratorio di sementi per i test di vitalità e la conservazione. Stiamo assistendo a un aumento dell'efficacia di questi metodi, con semi e talee appena raccolti che arrivano rapidamente al nostro personale. Poiché molte di queste piante non erano conosciute in precedenza, queste azioni aumentano la diversità genetica delle collezioni ex-situ, fornendo un luogo sicuro di fronte al degrado ambientale.
Fattori abilitanti
In precedenza, i botanici dovevano scalare i remoti ambienti rupestri in cui si trovano queste specie, rendendo le collezioni di conservazione difficili e lunghe da raccogliere e trasferire al personale del vivaio per la propagazione. Con il meccanismo Mamba, le collezioni vengono raccolte e trasferite rapidamente al vivaio.
Lezione imparata
Le talee e i semi freschi hanno un tasso di successo maggiore nella propagazione.
Impatti
Negli ultimi sette anni di utilizzo dei droni per la documentazione e la conservazione dei taxa delle scogliere, abbiamo aumentato in modo significativo le popolazioni conosciute di almeno 30 specie di piante in pericolo. In alcuni casi, abbiamo mappato numerose piante singole, portando a un aumento di dieci volte delle popolazioni conosciute di queste specie. In combinazione con il nuovo braccio di campionamento Mamba, abbiamo raccolto 17 specie a rischio per contribuire alla loro conservazione. Inoltre, abbiamo descritto una nuova specie (forse la prima specie descritta da esemplari raccolti con un drone) e documentato una serie di altre anomalie botaniche (estensioni dell'areale, record di isole e specie non descritte).
Beneficiari
Finora, il personale addetto alla conservazione e le specie con cui lavoriamo hanno tratto grandi benefici da questa partnership e dallo sviluppo della tecnologia. Molte specie hanno visto migliorare il loro stato di conservazione grazie a questo sistema, che ha portato a revisioni nella definizione delle priorità delle specie.
Inoltre, spiegate il potenziale di scalabilità della vostra soluzione. Può essere replicata o estesa ad altre regioni o ecosistemi?
Sebbene questa tecnologia sia stata impiegata efficacemente in alcune catene di isole in tutto il mondo, esiste un'opportunità molto più ampia per la comunità globale in generale di adottare questa tecnologia e impiegarla nelle regioni di interesse. Questo sistema è facile da usare e da imparare per i piloti di droni principianti. I futuri sviluppi del software mirano a semplificare ulteriormente il processo di conservazione con la localizzazione o la raccolta automatizzata delle piante. Questo strumento potrebbe essere applicato ovunque vi siano ambienti rupestri. Inoltre, habitat difficili da raggiungere come gli ecosistemi a baldacchino, le foreste tropicali densamente vegetate, gli isolotti al largo o i delicati habitat alpini potrebbero beneficiare di questi strumenti.
Quadro globale sulla biodiversità (GBF)
Obiettivo GBF 1 - Pianificare e gestire tutte le aree per ridurre la perdita di biodiversità
Obiettivo GBF 4 - Arrestare l'estinzione delle specie, proteggere la diversità genetica e gestire i conflitti tra uomo e fauna selvatica
Obiettivo 8 del GBF - Ridurre al minimo gli impatti dei cambiamenti climatici sulla biodiversità e costruire la resilienza
Obiettivo 9 del GBF - Gestire le specie selvatiche in modo sostenibile a beneficio delle persone
Obiettivo 14 di GBF - Integrare la biodiversità nei processi decisionali a tutti i livelli
Obiettivo 20 del GBF - Rafforzare lo sviluppo di capacità, il trasferimento tecnologico e la cooperazione scientifica e tecnica per la biodiversità
Obiettivo 21 del GBF - Garantire la disponibilità e l'accessibilità delle conoscenze per guidare l'azione a favore della biodiversità
Obiettivi di sviluppo sostenibile
SDG 9 - Industria, innovazione e infrastrutture
SDG 13 - Azione per il clima
SDG 15 - Vita sulla terraferma
SDG 17 - Partenariati per gli obiettivi
La storia
Collezioni di Hibiscadelphus woodii in fase di consegna ai botanici
Ben Nyberg
La specie arborea endemica Hibiscadelphus woodii è stata originariamente scoperta e descritta nel 1992 e conosciuta solo da quattro singole piante. Poco dopo, una frana ha ucciso tre individui, lasciando un unico albero per la specie. Per 18 anni sono state tentate numerose azioni di conservazione, come tagli, innesti e persino impollinazione incrociata, nel tentativo di conservare l'albero ex situ. La specie non è mai stata in grado di essere propagata e quando l'ultimo albero è morto nel 2009, abbiamo pensato che la specie fosse ormai estinta.
Nel 2019, un progetto che prevedeva l'impiego di droni per il rilevamento di ambienti rupestri inaccessibili in aree vicine è riuscito a ritrovare questa specie! Purtroppo, i due individui che abbiamo trovato crescere nel mezzo di una scogliera di 500 metri erano completamente fuori dalla portata dei botanici su corda. È stato un ritrovamento entusiasmante, ma non abbiamo potuto fare nulla per la conservazione della specie.
Quando gli esperti di robotica di Outreach Robotics sono venuti a conoscenza di questa scoperta, abbiamo subito collaborato al progetto per sviluppare uno strumento basato su un drone che aiutasse a raccogliere le talee dagli habitat verticali delle scogliere. Negli ultimi quattro anni abbiamo collaborato allo sviluppo, all'iterazione di nuovi progetti e alla sperimentazione sul campo dei meccanismi necessari per rendere possibile questo lavoro. La pandemia COVID-19 ha rallentato i test sul campo, ma ha permesso di concentrarsi maggiormente sul laboratorio e di ottenere uno strumento altamente perfezionato, stabile, efficiente e pronto per la missione.
Nell'aprile 2024, il nostro team ha raggiunto l'area remota di Kauai in elicottero, trasportando i meccanismi del drone e il personale sul campo per effettuare la raccolta. Il drone e il Mamba hanno volato per 300 metri fino alle piante e sono riusciti a raccogliere con successo le talee da entrambi gli individui conosciuti. Queste talee sono state poi trasportate a mano in elicottero e poi in aereo su un'altra isola con camere di propagazione specializzate nel tentativo di stabilire queste piante in un vivaio. Siamo entusiasti di comunicare che le talee hanno attecchito e stanno crescendo in sicurezza ex situ per la prima volta in assoluto.
Abbiamo localizzato, raccolto e coltivato l'Hibiscadelphus woodii con le moderne tecnologie e speriamo di aver impedito l'estinzione di questa specie.
Questa combinazione di competenze botaniche, unite alla tecnologia dei droni e all'ingegneria d'avanguardia, ha cambiato il modo in cui lavoriamo in questi ecosistemi remoti, aspri e verticali.
Collegatevi con i collaboratori
Altri collaboratori
Guillaume Charron
Robotica di prossimità
Giardino Botanico Nazionale Tropicale
Giardino Botanico Nazionale Tropicale
Scott Heintzman
Programma di prevenzione dell'estinzione delle piante