在考艾島的一處刀鋒般的山脊上，一株嬌小的植物從岩石中抽出嫩芽，頂端開著一簇簇黃色的小花。耳邊只有風聲、遠處海浪的低語，以及無人機螺旋槳的嗡嗡聲。隨著另一架無人機從第一架無人機上垂下，用兩個機械臂將這株植物圈住，切割莖部的刀片發出了更大的嗡鳴聲。然後，該裝置輕輕地提起這株屬於石竹科剪葉屬的微小標本。當這株微小標本的葉子在空中飄動時，無人機緩緩降落，將其直接送到下方等待的研究人員手中。
這一幕——在新研究中，在夏威夷島嶼熱帶峭壁上對各種植物重複進行了數十次——展示了無人機如何幫助科學家從人類難以到達甚至不可能到達的地方採摘稀有和瀕危植物。採集樣本通常對於更好地瞭解這些物種的困境以及如何拯救它們是必要的。“這是一項了不起的進步和技術應用，它比一個人跋涉四處能獲得更多資訊，”史密森尼學會的研究植物學家沃倫·瓦格納說。他沒有參與這項研究，但在參與研究的機構之一國家熱帶植物園擔任研究助理。*
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圖片來源：Outreach Robotics
這項研究最近發表在《自然科研報告》(Nature Scientific Reports) 上，它建立在考艾島數十年的植物學調查基礎上，該島嶼擁有 250 多種本土植物。歷史上，植物學家們會用繩索下降到島上陡峭的巖壁，以獲取特定的植物樣本，為了獲得可以在苗圃中培育以延續瀕危物種的樣本而不惜走極端。國家熱帶植物園的地理學家和無人機專家本·尼伯格希望嘗試在難以進入的地區使用遙控飛行機器人。
尼伯格和他的團隊使用了一架商用無人機來吊起一個他們從零開始構建的獨立機器人單元，並將其命名為 Mamba（曼巴）。在構思該裝置時，研究人員首先嚐試弄清楚如何使植物採摘臂從懸停的無人機本身水平伸出。研究合著者、來自 Outreach Robotics 的工程師紀堯姆·沙龍說，這個想法很快變得複雜起來。“那時我們開始集思廣益，想出了在無人機下方用纜繩懸掛一個遙控機械臂的想法。”由於 Mamba 無需提升自身，操作員可以使用其螺旋槳保持穩定並足夠精確地側向操縱它。
Mamba 將Lysimachia iniki的樣本交給團隊成員斯科特·海因茨曼。圖片來源：本·尼伯格，國家熱帶植物園
Mamba 的取樣元件包括一個泡沫填充的抓取臂，它可以像手腕一樣移動，以及一個將植物莖部拉向刀片的鉤子。該團隊現在正在考慮如何為 Mamba 配備其他工具，例如可以吸入植物材料的真空吸塵器，或可以將種子和生長介質的漿液噴灑到峭壁上進行再植的噴嘴。
類似的無人機系統可以幫助研究人員到達其他難以接近的區域，例如亞馬遜叢林上方的桌面山，或美國西南部的天空島嶼（從沙漠中陡然升起的孤立山脈）。“無人機系統可以用於各種其他應用，如樹冠研究、在各種環境中投放和[資料收集裝置]，甚至種植樹木，”尼伯格說，他是該研究的合著者，目前正在哥本哈根大學攻讀博士學位。“基本上，這使得使用者可以到達完全無法進入的區域，無論它們在哪裡。”
從考艾島高聳的山脊上採摘的石竹科植物似乎是以前從未在那裡鑑定出的剪葉屬植物。它的種子現在正在加州大學歐文分校生長，得到了植物學家安·酒井和史蒂夫·韋勒夫婦的幫助——這對夫婦研究剪葉屬植物已有三十多年，他們對從無人機取樣中收集到的資訊印象深刻。“他們已經能夠詳細繪製出種群分佈圖，這是我們透過繩索下降永遠無法做到的，”韋勒說。“我印象深刻，我當然認為這是一個非常好的新工具，能夠更多地瞭解這些植物。”
*編者注（10/13/22）：此句在釋出後經過編輯，以更正沃倫·瓦格納在國家熱帶植物園的職位描述。
本文的一個版本，標題為“大膽的採集”，被改編收錄在《大眾科學》雜誌 2023 年 2 月刊中。