O Mamba: Um braço robótico baseado em drone para preservar plantas ameaçadas de extinção em ambientes de penhascos
Solução completa
Mamba coletando Lysimachia iniki
Outreach Robotics
As ilhas tropicais são o lar de floras exclusivas e abrigam um grande número de espécies de plantas endêmicas. As ameaças levaram a uma redução significativa da população no Havaí, onde 97% dessas espécies de plantas endêmicas estão listadas como ameaçadas de extinção, criticamente ameaçadas ou extintas. Os habitats de penhascos verticais funcionam como refúgios para proteger as plantas dessas ameaças. Entretanto, esses habitats tornam o trabalho de conservação particularmente difícil, forçando os botânicos a usar métodos arriscados e demorados, como o rapel, para acessar populações de plantas remotas. Desenvolvemos o Mamba, o primeiro sistema aéreo capaz de coletar amostras de plantas em penhascos. O sistema permitiu a coleta de sementes de muitas espécies criticamente ameaçadas de extinção, incluindo a Hibiscadelphus woodii, bem como a recente descoberta de uma nova espécie: Schiedea waiahuluensis. As coleções de conservação feitas por essa ferramenta estão prosperando em viveiros, demonstrando o impacto no ciclo de conservação de organismos localizados em ambientes de difícil acesso e as ações necessárias para evitar a extinção de plantas.
Última atualização: 31 Oct 2025
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Galeria de fotos e vídeos
Contexto
Desafios enfrentados
A extinção de plantas está se acelerando com o aumento da pressão humana, as mudanças climáticas e a invasão de espécies invasoras. Os ecossistemas de falésias oferecem alguma proteção contra essas ameaças; no entanto, a natureza vertical desses habitats dificulta a documentação e a conservação da biodiversidade que ocorre neles. Muitos ecossistemas de falésias foram inexplorados ou subexplorados, deixando pontos obscuros botânicos onde muito pouco se sabe. Uma primeira etapa fundamental para a conservação e a proteção dos ecossistemas é o conhecimento básico do habitat e de seus componentes. Socialmente, a falta de conhecimento limita o envolvimento e a conscientização da comunidade, principalmente em regiões remotas ou protegidas. Do ponto de vista econômico, métodos ineficientes ou desatualizados para o levantamento desses habitats aumentam os custos e reduzem a eficácia das estratégias de conservação.
Localização
Kauai, Havaí, Estados Unidos
Reunião
Madeira, Portugal
Estados Federados da Micronésia
Leste e Sul da África
Europa Ocidental e do Sul
Oceania
Processar
Resumo do processo
Os drones estão mudando a forma como conservamos plantas raras e endêmicas de penhascos. Eles nos permitem pesquisar e mapear com eficiência espécies de plantas criticamente ameaçadas de extinção e, em seguida, as plantas podem ser coletadas para serem transferidas rapidamente para o nosso viveiro de conservação para propagação.
Blocos de construção
Pesquisa com drones: localização, mapeamento e inventário de populações de plantas remotas
As ferramentas de drones têm sido fundamentais como primeira etapa na avaliação da flora de penhascos. Usando drones para obter pontos de vista exclusivos desses ambientes, podemos agora mapear a distribuição e a abundância de espécies endêmicas de falésias criticamente ameaçadas de extinção e acelerar sua conservação. Foram realizadas pesquisas de campo no Havaí, na República de Palau e na Madeira (Portugal) com resultados extremamente positivos.
Fatores facilitadores
Com o aprimoramento e o progresso da tecnologia de drones, essa metodologia de pesquisa tornou-se acessível a uma série de profissionais de conservação. Os sensores de câmera de alta resolução permitem a identificação de uma variedade de plantas, desde árvores grandes até pequenos organismos herbáceos. Os pilotos de drones agora podem esperar realizar até 45 minutos de pesquisa em um único voo devido ao aumento da capacidade da bateria. As melhorias de usabilidade resultantes de refinamentos de software tornam os drones seguros e eficientes para uso por iniciantes, aumentando a adoção dessa tecnologia por profissionais de conservação. E o mais importante é que, à medida que os drones se tornaram mais amplamente disponíveis, os custos associados foram reduzidos, tornando-os uma ferramenta incrível para uma série de aplicações
Lição aprendida
Os drones são ferramentas eficazes para a localização e o inventário de espécies criticamente ameaçadas de extinção, especialmente em ambientes de difícil acesso, como penhascos ou copas de árvores. A avaliação dos habitats dos penhascos será fundamental para a conservação das espécies nessas áreas, pois o conhecimento básico de onde as espécies ocorrem pode orientar as ações de conservação e ajudar a priorizar a proteção da paisagem.
Coleta com drone: Uso de um braço robótico baseado em drone para coletar plantas inacessíveis
A ferramenta Mamba nos permite coletar material vegetal por meio de sementes ou mudas de espécies ameaçadas de extinção que identificamos e mapeamos no componente anterior. Essa ferramenta tem um alcance efetivo bem acima de 1.000 m, tornando disponíveis para ações de gerenciamento até mesmo as áreas mais inacessíveis.
Fatores facilitadores
O desenvolvimento dessa ferramenta por engenheiros de robótica experientes agilizou a conservação de muitas espécies pela equipe de campo do National Tropical Botanical Garden e parceiros do Plant Extinction Prevention Program. O Mamba tem um sistema de cabeça intercambiável que permite a coleta personalizada, dependendo da espécie-alvo e do tipo de material necessário para a conservação. Muitos dos componentes desse mecanismo são impressos em 3D, o que é econômico e flexível para acelerar os processos de desenvolvimento. O Mamba é construído com componentes de drones prontamente disponíveis, o que também reduz o custo e o tempo de construção. O desenvolvimento dessa ferramenta foi realizado por alunos de doutorado e integra soluções de hardware e software de última geração projetadas especificamente para esse aplicativo.
Lição aprendida
Ao realizar um projeto desse tipo, é fundamental ter a combinação adequada entre uma equipe de campo experiente e engenheiros de robótica profissionais, pois ambas as partes fornecem informações cruciais para orientar o desenvolvimento e as considerações de conservação eficazes. Vale ressaltar que o processo de desenvolvimento foi iterativo, deixando espaço para testar e revisar o projeto e, por fim, permitindo a implantação de uma ferramenta funcional e altamente útil.
Propagação de plantas: maior eficiência com técnicas de coleta aprimoradas
Depois de coletadas, as plantas são transferidas para nosso viveiro de conservação para propagação ou para nosso laboratório de sementes para teste de viabilidade e armazenamento. Estamos observando um aumento da eficácia desses métodos, com sementes e mudas recém-coletadas chegando rapidamente à nossa equipe. Como muitas dessas plantas individuais não eram conhecidas anteriormente, essas ações aumentam a diversidade genética das coleções ex-situ, proporcionando um local seguro diante da degradação ambiental.
Fatores facilitadores
Anteriormente, os botânicos precisavam escalar os ambientes de penhascos remotos onde essas espécies ocorrem, tornando as coleções de conservação difíceis e demoradas para coletar e transferir de volta para a equipe do viveiro para propagação. Com o mecanismo Mamba, as coletas são rapidamente coletadas e transferidas para o viveiro.
Lição aprendida
As mudas e sementes frescas têm uma taxa de sucesso maior na propagação.
Impactos
Nos últimos sete anos de utilização de drones para a documentação e conservação de taxa de penhascos, aumentamos significativamente as populações conhecidas de pelo menos 30 espécies de plantas criticamente ameaçadas de extinção. Em alguns casos, mapeamos várias plantas individuais, o que levou a um aumento de dez vezes nas populações conhecidas dessas espécies. Quando combinados com o recém-desenvolvido braço de amostragem Mamba, coletamos 17 espécies criticamente ameaçadas de extinção para ajudar em sua conservação. Além disso, descrevemos uma nova espécie (talvez a primeira espécie descrita a partir de espécimes coletados por drones) e documentamos uma série de outras anomalias botânicas (extensões de alcance, registros de ilhas e espécies não descritas).
Beneficiários
Até o momento, a equipe de conservação e as espécies com as quais trabalhamos têm se beneficiado muito dessa parceria e do desenvolvimento da tecnologia. Muitas espécies tiveram seu status de conservação melhorado por esse sistema, o que levou a revisões na priorização de espécies.
Além disso, explique o potencial de escalabilidade de sua solução. Ela pode ser replicada ou expandida para outras regiões ou ecossistemas?
Embora essa tecnologia tenha sido implantada de forma eficaz em algumas cadeias de ilhas ao redor do mundo, há uma oportunidade muito mais ampla para a comunidade global em geral adotar essa tecnologia e implantá-la em suas regiões de interesse. Esse sistema é amigável e fácil de aprender para pilotos de drones iniciantes. Os futuros desenvolvimentos de software têm como objetivo simplificar ainda mais o processo de conservação com a localização ou coleta automatizada de plantas. Em qualquer lugar onde haja ambientes de penhascos, essa ferramenta poderá ser aplicada. Além disso, habitats de difícil acesso, como ecossistemas de dossel, florestas tropicais com vegetação densa, ilhotas em alto-mar ou habitats alpinos delicados poderiam se beneficiar dessas ferramentas.
Estrutura Global de Biodiversidade (GBF)
Meta 1 do GBF - Planejar e gerenciar todas as áreas para reduzir a perda de biodiversidade
Meta 4 da GBF - Deter a extinção de espécies, proteger a diversidade genética e gerenciar os conflitos entre humanos e animais selvagens
Meta 8 do GBF - Minimizar os impactos das mudanças climáticas sobre a biodiversidade e desenvolver a resiliência
Meta 9 da GBF - Gerenciar espécies selvagens de forma sustentável para beneficiar as pessoas
Meta 14 do GBF - Integrar a biodiversidade na tomada de decisões em todos os níveis
Meta 20 do GBF - Fortalecer a capacitação, a transferência de tecnologia e a cooperação científica e técnica para a biodiversidade
Meta 21 da GBF - Garantir que o conhecimento esteja disponível e acessível para orientar as ações de biodiversidade
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
ODS 9 - Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 13 - Ação climática
ODS 15 - Vida na terra
ODS 17 - Parcerias para os objetivos
História
Coleções de Hibiscadelphus woodii sendo entregues a botânicos
Ben Nyberg
A espécie de árvore endêmica Hibiscadelphus woodii foi originalmente descoberta e descrita em 1992 e conhecida apenas por quatro plantas individuais. Logo depois, um deslizamento de terra matou três indivíduos, deixando uma única árvore para a espécie. Durante 18 anos, várias ações de conservação foram tentadas, desde cortes, enxertos e até mesmo polinização cruzada, em uma tentativa de conservar a árvore ex situ. A espécie nunca conseguiu ser propagada e, quando a última árvore morreu em 2009, pensamos que a espécie havia sido extinta.
Em 2019, um projeto que utilizou a tecnologia de drones para pesquisar ambientes de penhascos inacessíveis em áreas próximas conseguiu reencontrar essa espécie! Infelizmente, os dois indivíduos que encontramos crescendo no meio de um penhasco de 500 m estavam completamente fora do alcance dos botânicos com corda. Foi uma descoberta empolgante, mas estávamos desamparados na conservação da espécie.
Quando os especialistas em robótica da Outreach Robotics souberam dessa descoberta, rapidamente fizemos uma parceria no projeto para desenvolver uma ferramenta baseada em drones para ajudar a coletar mudas de habitats verticais de penhascos. Nos últimos quatro anos, desenvolvemos em conjunto, iteramos novos designs e testamos em campo os mecanismos necessários para tornar esse trabalho possível. Embora a pandemia de COVID-19 tenha retardado nossos testes de campo, ela permitiu um tempo de laboratório mais focado e uma ferramenta altamente refinada que é estável, eficiente e pronta para a missão.
Em abril de 2024, nossa equipe acessou a área remota de Kauai de helicóptero, transportando os mecanismos do drone e a equipe de campo para fazer a coleta. O drone e o Mamba voaram 300 m até as plantas e conseguiram coletar com sucesso as mudas de ambos os indivíduos conhecidos. Essas mudas foram então transportadas manualmente por helicóptero e depois por avião para outra ilha com câmaras de propagação especializadas, em um esforço para estabelecer essas plantas em um viveiro. Temos o prazer de informar que as estacas se enraizaram e agora estão crescendo com segurança ex situ pela primeira vez.
Localizamos, coletamos e cultivamos a Hibiscadelphus woodii com tecnologia moderna e esperamos ter evitado a extinção dessa espécie.
Essa combinação de conhecimento botânico com tecnologia de drones e engenharia de ponta mudou a maneira como trabalhamos nesses ecossistemas verticais, remotos e acidentados.
Conecte-se com os colaboradores
Outros colaboradores
Guillaume Charron
Robótica de divulgação
Jardim Botânico Tropical Nacional
Jardim Botânico Tropical Nacional
Scott Heintzman
Programa de Prevenção da Extinção de Plantas