在考艾岛的一处刀锋般的山脊上，一株娇小的植物从岩石中抽出嫩芽，顶端开着一簇簇黄色的小花。耳边只有风声、远处海浪的低语，以及无人机螺旋桨的嗡嗡声。随着另一架无人机从第一架无人机上垂下，用两个机械臂将这株植物圈住，切割茎部的刀片发出了更大的嗡鸣声。然后，该装置轻轻地提起这株属于石竹科剪叶属的微小标本。当这株微小标本的叶子在空中飘动时，无人机缓缓降落，将其直接送到下方等待的研究人员手中。
这一幕——在新研究中，在夏威夷岛屿热带峭壁上对各种植物重复进行了数十次——展示了无人机如何帮助科学家从人类难以到达甚至不可能到达的地方采摘稀有和濒危植物。采集样本通常对于更好地了解这些物种的困境以及如何拯救它们是必要的。“这是一项了不起的进步和技术应用，它比一个人跋涉四处能获得更多信息，”史密森尼学会的研究植物学家沃伦·瓦格纳说。他没有参与这项研究，但在参与研究的机构之一国家热带植物园担任研究助理。*
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图片来源：Outreach Robotics
这项研究最近发表在《自然科研报告》(Nature Scientific Reports) 上，它建立在考艾岛数十年的植物学调查基础上，该岛屿拥有 250 多种本土植物。历史上，植物学家们会用绳索下降到岛上陡峭的岩壁，以获取特定的植物样本，为了获得可以在苗圃中培育以延续濒危物种的样本而不惜走极端。国家热带植物园的地理学家和无人机专家本·尼伯格希望尝试在难以进入的地区使用遥控飞行机器人。
尼伯格和他的团队使用了一架商用无人机来吊起一个他们从零开始构建的独立机器人单元，并将其命名为 Mamba（曼巴）。在构思该装置时，研究人员首先尝试弄清楚如何使植物采摘臂从悬停的无人机本身水平伸出。研究合著者、来自 Outreach Robotics 的工程师纪尧姆·沙龙说，这个想法很快变得复杂起来。“那时我们开始集思广益，想出了在无人机下方用缆绳悬挂一个遥控机械臂的想法。”由于 Mamba 无需提升自身，操作员可以使用其螺旋桨保持稳定并足够精确地侧向操纵它。
Mamba 将Lysimachia iniki的样本交给团队成员斯科特·海因茨曼。图片来源：本·尼伯格，国家热带植物园
Mamba 的采样组件包括一个泡沫填充的抓取臂，它可以像手腕一样移动，以及一个将植物茎部拉向刀片的钩子。该团队现在正在考虑如何为 Mamba 配备其他工具，例如可以吸入植物材料的真空吸尘器，或可以将种子和生长介质的浆液喷洒到峭壁上进行再植的喷嘴。
类似的无人机系统可以帮助研究人员到达其他难以接近的区域，例如亚马逊丛林上方的桌面山，或美国西南部的天空岛屿（从沙漠中陡然升起的孤立山脉）。“无人机系统可以用于各种其他应用，如树冠研究、在各种环境中投放和[数据收集设备]，甚至种植树木，”尼伯格说，他是该研究的合著者，目前正在哥本哈根大学攻读博士学位。“基本上，这使得用户可以到达完全无法进入的区域，无论它们在哪里。”
从考艾岛高耸的山脊上采摘的石竹科植物似乎是以前从未在那里鉴定出的剪叶属植物。它的种子现在正在加州大学欧文分校生长，得到了植物学家安·酒井和史蒂夫·韦勒夫妇的帮助——这对夫妇研究剪叶属植物已有三十多年，他们对从无人机采样中收集到的信息印象深刻。“他们已经能够详细绘制出种群分布图，这是我们通过绳索下降永远无法做到的，”韦勒说。“我印象深刻，我当然认为这是一个非常好的新工具，能够更多地了解这些植物。”
*编者注（10/13/22）：此句在发布后经过编辑，以更正沃伦·瓦格纳在国家热带植物园的职位描述。
本文的一个版本，标题为“大胆的采集”，被改编收录在《大众科学》杂志 2023 年 2 月刊中。