De Mamba: Een robotarm op basis van een drone voor het behoud van bedreigde planten in rotsachtige omgevingen
Volledige oplossing
Mamba's verzamelen Lysimachia iniki
Outreach Robotics
Tropische eilanden hebben een unieke flora en herbergen een groot aantal inheemse plantensoorten. Bedreigingen hebben geleid tot een aanzienlijke afname van de populatie op Hawaï, waar 97% van deze inheemse plantensoorten is opgenomen in de lijst van bedreigde, ernstig bedreigde of uitgestorven soorten. Verticale klifhabitats werken als toevluchtsoorden om planten tegen deze bedreigingen te beschermen. Deze habitats maken het echter bijzonder moeilijk om aan natuurbehoud te doen en dwingen botanici om risicovolle en tijdrovende methodes zoals abseilen te gebruiken om toegang te krijgen tot afgelegen plantenpopulaties. Wij hebben de Mamba ontwikkeld, het eerste luchtsysteem waarmee planten op kliffen kunnen worden bemonsterd. Het systeem heeft het mogelijk gemaakt om zaden te verzamelen van veel ernstig bedreigde soorten, waaronder Hibiscadelphus woodii, en de recente ontdekking van een nieuwe soort: Schiedea waiahuluensis. De conserveringscollecties die met dit instrument zijn gemaakt, gedijen goed in kwekerijen, wat de impact aantoont op de conserveringscyclus voor organismen die zich in moeilijk bereikbare omgevingen bevinden, en de acties die nodig zijn om het uitsterven van planten te voorkomen.
Laatst bijgewerkt: 31 Oct 2025
83 Weergaven
Foto- en videogalerij
Context
Uitdagingen
Het uitsterven van planten versnelt door de toegenomen menselijke druk, een veranderend klimaat en oprukkende invasieve soorten. Klif-ecosystemen bieden enige bescherming tegen deze bedreigingen, maar de verticale aard van deze habitats maakt het moeilijk om de biodiversiteit die er voorkomt te documenteren en te behouden. Veel ecosystemen van kliffen zijn niet of onvoldoende onderzocht, waardoor er botanische donkere plekken overblijven waar heel weinig over bekend is. Een kritieke eerste stap in het behoud en de bescherming van ecosystemen is basiskennis van de habitat en zijn componenten. Op sociaal vlak beperkt het gebrek aan kennis de betrokkenheid en het bewustzijn van de gemeenschap, vooral in afgelegen of beschermde gebieden. Economisch gezien verhogen inefficiënte of verouderde methoden om deze habitats in kaart te brengen de kosten en verminderen ze de doeltreffendheid van beschermingsstrategieën.
Locatie
Kauai, Hawaii, Verenigde Staten
Réunion
Madeira, Portugal
Federale Staten van Micronesië
Oost- en Zuid-Afrika
West- en Zuid-Europa
Oceanië
Proces
Samenvatting van het proces
Drones veranderen de manier waarop we zeldzame inheemse rotsplanten behouden. Ze stellen ons in staat om bedreigde plantensoorten effectief te onderzoeken en in kaart te brengen, waarna de planten kunnen worden verzameld en snel naar onze kwekerij kunnen worden overgebracht voor vermeerdering.
Bouwstenen
Drone Survey: locatie, kartering en inventarisatie van afgelegen plantenpopulaties
Drone-instrumenten hebben een belangrijke rol gespeeld als eerste stap in de beoordeling van klifflora. Door gebruik te maken van drones om unieke gezichtspunten van deze omgevingen te verkrijgen, kunnen we nu de verspreiding en overvloed van kritisch bedreigde endemische klifsoorten in kaart brengen en hun behoud versnellen. Er zijn veldonderzoeken uitgevoerd in Hawaï, de Republiek Palau en Madeira (Portugal) met zeer positieve resultaten.
Sleutelfactoren
Naarmate de technologie van drones is verbeterd en zich verder heeft ontwikkeld, is deze onderzoeksmethode toegankelijk geworden voor een groot aantal natuurbeschermers. Camerasensoren met hoge resolutie maken het mogelijk om een reeks planten te identificeren, van grote bomen tot kleine kruidachtige organismen. Dankzij de toegenomen accucapaciteit kunnen drone-piloten nu tot 45 minuten onderzoek doen tijdens één enkele vlucht. Verbeteringen in de bruikbaarheid door verfijning van de software maken het gebruik van drones veilig en efficiënt voor beginners, waardoor deze technologie meer ingang vindt bij natuurbeschermers. Het belangrijkste is dat, nu drones op grotere schaal beschikbaar zijn, de bijbehorende kosten zijn gedaald, waardoor ze een geweldig hulpmiddel zijn geworden voor een scala aan toepassingen.
Geleerde les
Drones zijn effectieve instrumenten voor de locatie en inventarisatie van kritisch bedreigde soorten, vooral in moeilijk toegankelijke omgevingen zoals kliffen of boomkruinen. De beoordeling van klifhabitats zal van cruciaal belang zijn voor het behoud van soorten in deze gebieden, omdat basiskennis over waar soorten voorkomen een leidraad kan zijn voor beschermingsacties en kan helpen bij het prioriteren van landschapsbescherming.
Verzamelen met een drone: Een robotarm op basis van een drone gebruiken om ontoegankelijke planten te verzamelen
Met het Mamba-gereedschap kunnen we plantmateriaal verzamelen via zaden of stekken van bedreigde soorten die we in de vorige bouwsteen hebben geïdentificeerd en in kaart gebracht. Dit gereedschap heeft een effectief bereik van meer dan 1000 meter, waardoor zelfs de meest ontoegankelijke gebieden beschikbaar zijn voor beheeracties.
Sleutelfactoren
De ontwikkeling van dit gereedschap door ervaren robotica-ingenieurs versnelde het behoud van vele soorten door veldmedewerkers van de National Tropical Botanical Garden en partners van het Plant Extinction Prevention Program. De Mamba heeft een verwisselbaar kopsysteem dat het verzamelen aanpasbaar maakt, afhankelijk van de doelsoort en het soort materiaal dat nodig is voor het behoud. Veel van de onderdelen van dit mechanisme zijn 3D-geprint, wat kosteneffectief en flexibel is voor snelle ontwikkelingsprocessen. De Mamba is gebouwd met direct beschikbare drone-onderdelen, wat ook de kosten en bouwtijd vermindert. De ontwikkeling van dit instrument werd uitgevoerd door studenten P.h.D. en integreert state-of-the-art hardware- en softwareoplossingen die specifiek voor deze toepassing zijn ontworpen.
Geleerde les
Bij het uitvoeren van een project van dit type is het van cruciaal belang om de juiste combinatie te hebben tussen ervaren veldmedewerkers en professionele robotica-ingenieurs, aangezien beide partijen cruciale informatie leveren om zowel de ontwikkeling als effectieve conserveringsoverwegingen te sturen. Het is vermeldenswaard dat het ontwikkelingsproces iteratief was, waardoor er ruimte was om het ontwerp te testen en te herzien, en waardoor uiteindelijk een goed functionerend en zeer nuttig hulpmiddel kon worden ingezet.
Plantenvermeerdering: verhoogde efficiëntie met verbeterde verzameltechnieken
Zodra de planten verzameld zijn, worden ze overgebracht naar onze conserveringskwekerij voor vermeerdering of naar ons zaadlaboratorium voor een levensvatbaarheidstest en opslag. We zien dat deze methoden steeds effectiever worden en dat vers verzamelde zaden en stekken snel bij onze medewerkers terechtkomen. Omdat veel van deze individuele planten nog niet eerder bekend waren, vergroten deze acties de genetische diversiteit van ex-situ collecties en bieden ze een veilige plek in het licht van de achteruitgang van het milieu.
Sleutelfactoren
Voorheen moesten botanici de afgelegen klifomgevingen waar deze soorten voorkomen beklimmen, waardoor het moeilijk en tijdrovend was om collecties te verzamelen en terug te brengen naar de kwekerij voor vermeerdering. Met het Mambamechanisme kunnen collecties snel worden verzameld en naar de kwekerij worden gebracht.
Geleerde les
Verse stekken en zaden hebben een hoger succespercentage bij de vermeerdering.
Invloeden
In de afgelopen zeven jaar dat we drones inzetten voor de documentatie en het behoud van kliftaxa, hebben we de bekende populaties van ten minste 30 ernstig bedreigde plantensoorten aanzienlijk vergroot. In sommige gevallen hebben we talloze individuele planten in kaart gebracht, wat heeft geleid tot een vertienvoudiging van de bekende populaties van deze soorten. In combinatie met de nieuw ontwikkelde Mamba-bemonsteringsarm hebben we 17 ernstig bedreigde soorten verzameld om te helpen bij het behoud ervan. Daarnaast hebben we één nieuwe soort beschreven (misschien wel de eerste soort die beschreven is aan de hand van met een drone verzamelde specimens) en een reeks andere botanische anomalieën gedocumenteerd (uitbreidingen van het verspreidingsgebied, eilandrecords en onbeschreven soorten).
Begunstigden
Tot nu toe hebben natuurbeschermingsmedewerkers en de soorten waarmee we werken veel baat gehad bij deze samenwerking en de ontwikkeling van technologie. De beschermingsstatus van veel soorten is door dit systeem verbeterd, wat heeft geleid tot een herziening van de prioritering van soorten.
Licht daarnaast de schaalbaarheid van uw oplossing toe. Kan het worden gekopieerd of uitgebreid naar andere regio's of ecosystemen?
Hoewel deze technologie al effectief is toegepast op een paar eilandketens over de hele wereld, is er een veel bredere kans voor de hele wereldgemeenschap om deze technologie op te pikken en in te zetten in de regio's waar ze actief zijn. Dit systeem is gebruiksvriendelijk en gemakkelijk te leren voor beginnende dronepiloten. Toekomstige softwareontwikkelingen zijn gericht op het verder stroomlijnen van het conserveringsproces met geautomatiseerde locatiebepaling of verzameling van planten. Overal waar klifomgevingen zijn, zou deze tool toegepast kunnen worden. Ook moeilijk bereikbare habitats zoals boomkruin-ecosystemen, dichtbegroeide tropische bossen, eilandjes voor de kust of kwetsbare alpiene habitats zouden baat kunnen hebben bij deze tools.
Wereldwijd biodiversiteitsraamwerk (GBF)
GBF Doel 1 - Alle gebieden plannen en beheren om het verlies aan biodiversiteit te verminderen
GBF Doel 4 - Het uitsterven van soorten een halt toeroepen, de genetische diversiteit beschermen en conflicten tussen mens en wild beheersen
GBF Doel 8 - De gevolgen van klimaatverandering op de biodiversiteit minimaliseren en veerkracht opbouwen
GBF Doel 9 - Wilde soorten duurzaam beheren ten gunste van mensen
GBF Doel 14 - Biodiversiteit integreren in de besluitvorming op elk niveau
GBF Streefdoel 20 - Capaciteitsopbouw, technologieoverdracht en wetenschappelijke en technische samenwerking voor biodiversiteit versterken
GBF Doel 21 - Ervoor zorgen dat kennis beschikbaar en toegankelijk is als leidraad voor biodiversiteitsacties
Duurzame Ontwikkelingsdoelen
SDG 9 - Industrie, innovatie en infrastructuur
SDG 13 - Klimaatactie
SDG 15 - Leven op het land
SDG 17 - Partnerschappen voor de doelen
Verhaal
Hibiscadelphus woodii collecties worden geleverd aan botanici
Ben Nyberg
De endemische boomsoort Hibiscadelphus woodii werd oorspronkelijk ontdekt en beschreven in 1992 en was slechts bekend van vier individuele planten. Kort daarna werden drie exemplaren gedood door een aardverschuiving, waardoor er nog maar één boom overbleef. Gedurende 18 jaar werd een veelheid aan beschermingsacties ondernomen, van stekken tot enten en zelfs kruisbestuiving, in een poging om de boom ex situ te behouden. De soort kon nooit worden vermeerderd en toen de laatste boom in 2009 stierf, dachten we dat de soort was uitgestorven.
In 2019 slaagde een project waarbij dronetechnologie werd ingezet om ontoegankelijke klifomgevingen in nabijgelegen gebieden te onderzoeken erin om deze soort terug te vinden! Helaas waren de twee individuen die we vonden, groeiend in het midden van een klif van 500 meter, volledig onbereikbaar voor botanici aan een touw. Het was een spannende vondst, maar we stonden machteloos bij het behoud van de soort.
Toen de robotica-experts van Outreach Robotics van deze ontdekking hoorden, werkten we al snel samen aan het project om een op een drone gebaseerd hulpmiddel te ontwikkelen dat kan helpen bij het verzamelen van stekken uit verticale klifhabitats. De afgelopen vier jaar hebben we samen aan de ontwikkeling gewerkt, nieuwe ontwerpen geïtereerd en de mechanismen getest die nodig zijn om dit werk mogelijk te maken. Terwijl de COVID-19 pandemie onze veldtesten vertraagde, maakte het meer gerichte labtijd mogelijk en een zeer verfijnd instrument dat stabiel, efficiënt en klaar voor de missie is.
In april 2024 ging ons team per helikopter naar het afgelegen gebied van Kauai, waar ze de drone-mechanismen en veldmedewerkers naar hun plek brachten om onze verzameling te maken. De drone en de Mamba vlogen 300 m omhoog naar de planten en konden met succes stekken verzamelen van beide bekende individuen. Deze stekken werden vervolgens met de hand vervoerd per helikopter en vervolgens per vliegtuig naar een ander eiland met gespecialiseerde vermeerderingskamers in een poging om deze planten te kweken. We zijn verheugd te kunnen melden dat de stekken wortel hebben geschoten en nu voor het eerst veilig ex situ groeien.
We hebben Hibiscadelphus woodii gelokaliseerd, verzameld en gekweekt met moderne technologie en zijn hoopvol dat we het uitsterven van deze soort hebben voorkomen.
Deze combinatie van botanische expertise, gecombineerd met dronetechnologie en geavanceerde techniek heeft de manier waarop we werken in deze afgelegen, ruige, verticale ecosystemen veranderd.
In contact komen met medewerkers
Andere medewerkers
Guillaume Charron
Robotica
Nationale tropische botanische tuin
Nationale tropische botanische tuin
Scott Heintzman
Programma ter voorkoming van uitsterven van planten