特殊无人机从树木中收集环境DNA

生态学家越来越多地使用留在环境中的生物体留下的遗传物质痕迹，称为环境 DNA (eDNA)，以对生物多样性进行分类和监测。根据这些 DNA 痕迹，研究人员可以确定某个区域存在哪些物种。

从水或土壤中获取样本很容易，但研究人员很难进入其他栖息地，例如森林冠层。因此，许多物种在未被充分探索的地区仍未被追踪。

苏黎世联邦理工学院和瑞士联邦森林、雪和景观研究所 WSL 的研究人员以及 SPYGEN 公司合作开发了一种特殊的无人机，可以自动在树枝上采集样本。

无人机如何采集素材

无人机配有胶条。当飞机降落在树枝上时，树枝上的材料会粘在这些条带上。然后，研究人员可以在实验室中提取 DNA，对其进行分析，并使用数据库比较将其分配给各种生物的基因匹配。

但并不是所有的树枝都是一样的：它们的粗细和弹性各不相同。当无人机降落在树枝上时，树枝也会弯曲和反弹。以这样一种方式对飞机进行编程，使其仍然可以自主接近树枝并在其上保持稳定足够长的时间以采集样本，这对机器人专家来说是一个重大挑战。

“降落在树枝上需要复杂的控制，”苏黎世联邦理工学院和 WSL 环境机器人学教授 Stefano Mintchev 解释说。最初，无人机不知道树枝有多灵活，因此研究人员为其安装了一个力感应笼。这使得无人机能够在现场测量这个因素并将其纳入其飞行动作。

在苏黎世动物园准备雨林行动

研究人员已经在七种树种上测试了他们的新设备。在样本中，他们发现了来自 21 个不同生物群或类群的 DNA，包括鸟类、哺乳动物和昆虫。“这是令人鼓舞的，因为它表明收集技术是有效的，”Mintchev 说，他是这项刚刚发表在《科学机器人》杂志上的研究的合著者。

研究人员现在想进一步改进他们的无人机，以准备好参加一场比赛，比赛的目的是在 24 小时内在新加坡 100 公顷的热带雨林中检测尽可能多的不同物种。

为了在与比赛相似的条件下测试无人机的效率，Mintchev 和他的团队目前正在苏黎世动物园的 Masoala 雨林工作。“在这里，我们的优势是知道存在哪些物种，这将有助于我们更好地评估我们使用这种技术捕获所有 eDNA 痕迹的彻底程度，或者我们是否遗漏了什么，”Mintchev 说。

但是，对于此事件，收集设备必须变得更加高效并且能够更快地调动起来。在瑞士家中进行的测试中，无人机在三天内从七棵树上收集了材料;在新加坡，它必须能够在一天之内飞到十倍于原来数量的树木并采集样本。

然而，在天然雨林中采集样本给研究人员带来了更严峻的挑战。频繁的雨水会冲刷表面的 eDNA，而风和云会阻碍无人机的运行。“因此，我们非常想知道我们的采样方法是否也能在热带的极端条件下证明自己，”Mintchev 说。