Mecatrónica

PJ-M-295-AG Dron Polinizador

Vida de ecosistemas terrestres

Asesor: MARISA CALLE MONROY

Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)

Aixa Mariane Solano Nieves[Xcaret], Johan Anaya Solorzano[Xcaret], Zoe Ramírez Quijano[Xcaret]

Resumen

El polen principalmente está formado por gránulos que contienen los gametos o células reproductivas masculinas de las plantas, esto puede aportar beneficios para la flora del planeta, e inclusive para el ser humano desde contener grandes cantidades de proteínas, vitaminas y minerales entre múltiples más, así que optamos por modificar un dron de manera que polinice en espacios cerrados tales como cultivos pequeños, invernaderos de ciertas flores o plantas específicas, ya que con la polinización de las flores o plantas se acelera la cantidad de especies polinizadas para completar su crecimiento de una manera óptima, por lo que está idea nos pareció una forma sencilla de ayudar al medio ambiente además de contribuir con la labor de las abejas, esto pensado en ayudar a solucionar la problemática actual de los polinizadores, es decir tomando en cuenta que las especies encargadas de la polinización alrededor del mundo comienzan a morir, cada vez quedan menos de ellos, lo cual causaría una gran devastación mundial ya que la extinción de los polinizadores podría comprometer nuestra salud, del mismo modo, perjudica al desarrollo de medicamentos, biocombustibles, fibras como el algodón o materiales de construcción como la madera, la pérdida de cultivos además de que afectaría a la economía de muchos países y acabaría con millones de empleos en el sector agrícola y las industrias auxiliares; al terminar la metodología del proyecto obtuvimos un dron modificado y adaptado para cumplir con la función que pretendíamos conseguir con el planteamiento principal de los inicios del producto.

Pregunta de Investigación

¿Cómo programar y modificar un dron polinizador, que disperse polen mediante un tubo PVC, para facilitar la reproducción de plantas?

Planteamiento del Problema

Casi todas las plantas, silvestres o cultivadas por el hombre necesitan a los polinizadores naturales para reproducirse. Hablamos de insectos como abejas, mariposas, escarabajos y moscas, además de algunas aves como el colibrí o algunos mamíferos como los murciélagos —estos polinizan más de 500 especies de plantas tropicales—.

La comunidad internacional está preocupada por el retroceso de la polinización natural. Un temor razonable porque la agricultura mundial necesita cada vez más a los polinizadores para suministrar alimentos: los cultivos que dependen de estos animales que hoy producen un 300% más de cosecha que hace cinco décadas.

La extinción de los polinizadores podría comprometer nuestra salud, ya que perderíamos capacidad para cultivar verduras, frutas o semillas —alimentos imprescindibles para mantener una dieta sana—. Del mismo modo, perjudica al desarrollo de medicamentos, biocombustibles, fibras como el algodón o materiales de construcción como la madera. La pérdida de cultivos por la falta de polinización natural afectaría a la economía de muchos países, ya que se calcula que entre el 5% y el 8% de la producción agrícola mundial se debe directamente a la zoopolinización, lo que supone un valor de mercado de entre 235.000 y 577.000 millones de dólares anuales.y acabaría con millones de empleos en el sector agrícola y las industrias auxiliares.

Según la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) la mayoría de plantas con flor,  y muchos cultivos alimentarios son polinizados por una gran variedad de animales, por tanto son vitales para la reproducción biológica y el mantenimiento de la biodiversidad, además los polinizadores se benefician de diversos hábitat naturales para el forraje y anidación, especialmente especialmente cuando estos son limitados en los sistemas de producción de plantas.Las prácticas de ordenación del paisaje y los bosques pueden ayudar a garantizar la disponibilidad continua de polinizadores y, por lo tanto, aumentar la resiliencia y la productividad de la silvicultura y la agricultura.La extensión de los bosques y otros hábitats naturales en un paisaje juega un papel en la determinación de la composición de especies de los polinizadores. 

Los paisajes agrícolas adyacentes a bosques fragmentados y áreas naturales se benefician de los servicios de polinizadores y, por lo tanto, los cultivos polinizados por animales logran una mayor producción de frutos. Las prácticas de manejo forestal pueden tener efectos significativos sobre la abundancia y diversidad de polinizadores. Afectan a variables forestales como la estructura, la composición de especies, la dinámica del suelo, la hidrología y la disponibilidad de luz, todo lo cual puede afectar la composición y diversidad de especies de polinizadores y las redes de plantas y polinizadores. El conocimiento indígena y local puede contribuir a la conservación de los polinizadores a través de prácticas de manejo tradicionales.

Y aunque existen varias maneras para que estas especies no desaparezcan, tales como promover la agricultura sostenible, dejar de usar transgénicos en el cultivo de nuestros alimentos, diversificar los cultivos y rehabilitar los ecosistemas para adaptarse a las consecuencias del cambio climático. Y aunque el propósito del dron no es reemplazar a las abejas tenemos que tener en cuenta que las abejas están desapareciendo muy rápidamente y no es posible criarlas proporcionalmente a su desaparición. Es decir, si siguiéramos así y basamos la polinización en mecanismos robóticos, en el sistema económico en que vivimos, debemos pagar y depender de unos pocos. 

Antecedentes

Los polinizadores: abejas, mariposas, escarabajos y moscas, además de algunas aves como el colibrí o algunos mamíferos como los murciélagos, actualmente son encargados del 87,5 % (aproximadamente 308.000 especies) de la polinización de las plantas silvestres con flores en el mundo, además de encargarse del control biológico de plagas, neutralizando los parásitos y bacterias cada vez que polinizan alguna planta, por lo que ocupar su lugar sería algo bastante difícil para el ser humano, es muy importante empezar a pensar en alguna solución para la polinización en caso de que la extinción de estas especies empiece a ser monumental y tengamos que recurrir a otros recursos artificiales para lograr la polinización y que nuestros cultivos no se vean afectados, ya que en las últimas cinco décadas estos animales han producido un 300 % más de cosecha, además de que entre la multitud de especies, las abejas solitarias (oliogoleges) también son muy importantes porque recogen el polen solamente de algunas plantas específicas, las que suelen ser más raras, salvajes y en algunos casos en peligro de extinción.

Actualmente existen múltiples formas para evitar su desaparición, tales como, campañas, promover la agricultura sostenible, rehabilitar su ecosistema para su adaptación al cambio climático, detener el uso de pesticidas, diversificar los cultivos y dejar de usar transgénicos en los cultivos de nuestros alimentos, estas medidas no evitarían su desaparición proporcionalmente a su extinción, es decir aún si cada uno de nosotros tuviéramos un lugar en el cual se pudieran criar, su desaparición seguiría siendo muy rápida y muy abrupta por lo que sería muy difícil criar suficientes polinizadores que logren seguir con el porcentaje de polinización.

Según la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) la mayoría de plantas con flor,  y muchos cultivos alimentarios son polinizados por una gran variedad de animales, por tanto son vitales para la reproducción biológica y el mantenimiento de la biodiversidad, además la polinización también genera diversos beneficios para las personas, principalmente destacando en la obtención de alimentos provenientes de plantas con flores. En España alrededor del 70% de los productos de cultivo para el consumo humano dependen de los polinizadores. Aparte de que generan otro tipo de bienes como la miel, cera o medicamentos y contribuyen directamente a la producción de fibras como el algodón y el lino o materiales de construcción como la madera.

Sin embargo, se ha notado una marcada disminución de la población de los polinizadores a lo largo de estas últimas décadas. Recientemente se ha estimado que en los últimos 27 años las poblaciones de insectos voladores se han reducido en un 76%. La mitad de las especies de insectos están disminuyendo rápidamente y al menos un tercio se encuentran en peligro de extinción. Estas situación es muy alarmante debido a que la pérdida de de insectos polinizadores puede llevarnos a una situación con consecuencias catastróficas, dado que se pone en juego el buen funcionamiento de los ecosistemas y la producción de nuestros propios alimentos.

Gran parte de los cultivos del mundo dependen de la actividad de estos animales y, en la actualidad, están amenazados, especialmente por el uso de pesticidas.

Un estudio de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN) alerta de la disminución del número y la diversidad de polinizadores silvestres a nivel global, sobre todo en Norteamérica y Europa noroccidental. Según las evaluaciones de este organismo reflejadas en su Lista Roja, entre las especies más amenazadas por la extinción figuran algunos invertebrados vitales en este proceso como las mariposas y las abejas —más de un 40% de las familias de este insecto lo están—.

Principalmente, las amenazas para los insectos polinizadores provienen de actividades humanas como la fragmentación de hábitats, el cambio en el uso de la tierra, los productos químicos agrícolas e industriales, los parásitos y las enfermedades, las especies exóticas invasoras, las colisiones en carreteras, el cambio climático y diversas prácticas agrícolas.

La conservación y recuperación de estas especies es fundamental para el futuro del planeta tal y como lo conocemos. Las administraciones deben tomar medidas eficaces para luchar contra sus principales amenazas.

La extinción de los polinizadores podría comprometer nuestra salud, ya que perderíamos capacidad para cultivar verduras, frutas o semillas —alimentos imprescindibles para mantener una dieta sana—. Del mismo modo, perjudica al desarrollo de medicamentos, biocombustibles, fibras como el algodón o materiales de construcción como la madera. La pérdida de cultivos por la falta de polinización natural afectaría a la economía de muchos países, ya que se calcula que entre el 5% y el 8% de la producción agrícola mundial se debe directamente a la zoopolinización, lo que supone un valor de mercado de entre 235.000 y 577.000 millones de dólares anuales; acabaría con millones de empleos en el sector agrícola e industrias auxiliares. Ademàs de que si no se actúa ahora, màs del 90% de los suelos de la Tierra podrìan degradarse para el 2050.

Objetivo

Programar y modificar un dron que disperse polen mediante un tubo de PVC, para facilitar la reproducción de plantas.

Justificación

En palabras de Albert Einstein “al hombre sólo le quedarían cuatro años de vida. Sin abejas, no hay polinización, ni hierba, ni animales, ni hombres”. Aunque esta frase parezca extrema, la realidad es que si estos pequeños insectos desaparecieran, el reto para la humanidad sería enorme, sobre todo por la crisis alimentaria que vendría.

Es difícil cuantificar los efectos de su desaparición, pero lo que nos queda muy claro es que estos serían muy graves: se alteraría el número de especies vegetales, algunas podrían desaparecer. Se reduciría drásticamente la biodiversidad de la flora lo que provocaría la alteración de todo el ecosistema y las producciones agrícolas tendrían que hacer frente a grandes pérdidas económicas por la reducción en la producción, algo que sin duda afectaría a todo el mercado alimentario y transformaría nuestros hábitos de consumo de manera radical.

Actualmente las mayores polinizadores de la tierra,  son las mariposas y las abejas las cuales se encargan del 70-75% de la polinización mundial, además de que entre la multitud de especies, las abejas solitarias

(oliogoleges) también son muy importantes porque recogen el polen solamente de algunas plantas específicas, las que suelen ser más raras, salvajes y en algunos casos en peligro de extinción. Es decir, la supervivencia de esta flora depende de la actividad directa de las abejas y mariposas. Sin embargo, casi la mitad de las abejas y mariposas están en peligro de extinción. Añadiendo que las abejas melíferas tienen probabilidades muy bajas de éxito en su apareamiento, con menos de un 1% de posibilidades de éxito y un cien de que el macho muera los diversos plaguicidas utilizados en la actividad agraria pueden actuar como anticonceptivos para las abejas.

Además de que las abejas son una de las mejores opciones como control biológico de plagas; por ejemplo existe un hongo denominado BVT-CR7 que se adhiere a las patas de las abejas y mediante su proceso de pecoreo lo distribuyen en todo el cultivo, neutralizando así los parásitos y bacterias. Y estas están en peligro de extinción gracias a  varias situaciones que ha causado el ser humano tales como; los pesticidas que se utilizan a la hora de cultivar, a la contaminación de las grandes ciudades que afecta a su hábitat,el cambio climático, debido a que las temperaturas suben, las lluvias tardan, no se da la floración a tiempo y no surgen los frutos necesarios para que las abejas se puedan alimentar; las enfermedades que contraen gracias a estos pesticidas; su nutrición y forma de alimentación se vieron afectadas porque en los últimos años, se han sembrado grandes hectáreas de vegetales que no requieren polinización de las abejas. En estos casos, estos insectos tienen que recorrer grandes distancias para encontrar alimento.

Y creemos que es  muy importante pensar en alguna solución en caso de que estas especies lleguen a desaparecer y tengamos que encontrar una solución artificial para la polinización y que los cultivos no se vean afectados.

Hipótesis

Si programamos y modificamos un dron polinizador que disperse polen mediante un tubo PVC, entonces podremos facilitar la reproducción de las plantas.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales:

  • 1 dron de 12.5 cm x 12 cm x 3 cm
  • 50 gramos de polen
  • 5 docenas de flores macho (mismo tipo del que va a ser polinizada además de estar plantadas y florecidas)
  • 2 tubos PVC de diámetro interior 15.50 milímetros y 10 cm de largo. 
  • 2 bombillas de presión de un diámetro de 15.50 – 60 milímetros 
  • 2 boquillas previamente esterilizadas que embonen con el diámetro del tubo PVC (15.50 mm)
  • 1 recipiente previamente esterilizado 
  • 1 cuchara o pala pequeña 
  • 1 bote o tubo pequeño de pegamento industrial (aproximadamente de 20 ml) 
  • 2 gradillas individuales de plástico rígido 

 

Modificación del dron:

  1. Pegamos con la capa delgada de pegamento en  un costado del dron una de las gradillas de manera que quede el orificio en vertical. 
  2. Repetimos este procedimiento en el otro costado del dron. 
  3. Esperamos a que seque el pegamento. 
  4. Una vez con el pegamento ya seco, las gradillas ya pueden ser utilizadas en el resto del procedimiento. 

 

Procedimiento:

  1. Tomamos una de las flores y damos pequeños golpes a la flor de manera vertical y que el polen caiga en el recipiente esterilizado (debes tener cuidado de no lastimar la flor). 
  2. Repetimos este proceso hasta agotar todas las flores que van a ser utilizadas. 
  3. Una vez con el polen obtenido en el recipiente, con ayuda de una pequeña pala o cuchara llenar 9 cm de polen a lo largo del tubo PVC. 
  4. Seguido de tener el polen dentro del tubo, insertamos la boquilla en uno de los extremos del tubo PVC de manera que el polen no pueda salir por ese lado. 
  5. Después tenemos que poner del otro extremo la bombilla de presión, acomodada de manera que expulse el aire hacia el otro extremo del tubo. 
  6. Colocamos el tubo PVC de manera que la boquilla quede viendo hacia abajo, en el espacio predeterminado del dron previamente modificado. 
  7. Repetimos este procedimiento en ambos lados del dron. 
  8. Una vez teniendo listo estos pasos el dron ya puede ser utilizado para polinizar los cultivos.

 

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un dron de tamaño pequeño, aproximadamente de medidas de 10 centímetros es liviano y fácil de manejar, de de color negro, y partes de color azul donde están incrustado seis cilindros aproximadamente de cuatro centímetros de diámetro y siete centímetros de largo, además de tener un orificio de aproximadamente 0.5 centímetros de diámetro en la parte de hasta abajo del cilindro y son de un color amarillo, el polen que requiere el dron es de aproximadamente ⅓ del cilindro ocupado, es de un color amarillo muy claro, similar al blanco.

Galería Resultados

Discusión

La actual disminución de polinizadores es un hecho inevitable, está siendo algo indispensable para la vida de todos nosotros, ya que en un documento de la Plataforma Intergubernamental Científico-Normativa sobre Diversidad Biológica y Servicios de los Ecosistemas (IPBES), publicado en 2016, afirma también que el rendimiento o la calidad de más del 75% de los principales cultivos alimentarios del mundo dependen en parte de la polinización natural. Además, se calcula que entre el 5% y el 8% de la producción agrícola mundial se debe directamente a la zoopolinización, lo que supone un valor de mercado de entre 235.000 y 577.000 millones de dólares anuales sabiendo esto es importante tener en cuenta la gran disminución de los polinizadores en nuestro planeta, se ha calculado que dentro de los últimos 15 años, ha disminuido la población de abejas aproximadamente hasta un 20%.

Conclusiones

El término de nuestro proyecto fue la realización de la metodología, donde el prodeucto fiinal dio resultados positivos, ya que cumple con su función principal, que es el de polinizar flores, plantas o cultivos en espacios cerrados o espacios abiertos pequeños, tales como invernaderos o cosechas pequeñas entre muchos otros, también notamos que para que la efectividad de la polinización el dron tiene que tener un vuelo a una baja altura, ya que con esto evitamos que el polen se distribuya de una mejor manera sobre las flores, plantas o cultivos, además de que sería mucho más facíl y efectivo ya que el dron al ser liviano, pequeño y sencillo de manejar, se puede cambiar de posición con facilidad.

 

Bibliografía

https://www.ecologistasenaccion.org/121045/advierten-de-las-graves-consecuencias-ambientales-sociales-y-economicas-de-la-reduccion-de-los-insectos-polinizadores-2/

 

Muy interesante. (2020, 13 julio). Crean un dron autónomo que poliniza con una pistola de burbujas. Recuperado 21 de septiembre de 2021, de https://www.muyinteresante.es/tecnologia/articulo/crean-un-dron-autonomo-que-poliniza-con-una-pistola-de-burbujas-491592565800 (2017, 23 febrero). Esto es lo que pasaría si las abejas se extinguieran. Antes de Eva. Recuperado 25 de octubre de 2021, de http://antesdeeva.com/lo-pasaria-las-abejas-se-extinguieran/ 

Unam, F. (2019, 27 agosto). Si las abejas desaparecen, la mitad de las plantas del planeta morirían. Fundación UNAM. Recuperado 17 de octubre de 2021, de https://www.fundacionunam.org.mx/ecopuma/si-las-abejas-desaparecen-la-mitad-de-la-plantas-del-planeta-moririan/ 

SinEmbargo, R. S. E. (2019, 20 mayo). Millones de abejas mueren en México y el mundo. Un balazo en un pie: nos dan de comer, literal. SinEmbargo MX. Recuperado 12 de octubre de 2021, de https://www.sinembargo.mx/20-05-2019/3583687 

Information & Design Solutions, S.L. (2021, 9 abril). Desarrollan un dron polinizador de cuatro centímetros capaz de sustituir a las abejas. Recuperado 10 de octubre 2021 de https://infodron.es/id/2021/04/09/noticia-polinizacion-mediante-burbujas-jabon-disparadas-drones-solucion-disminucion-abejas.html

Iberdrola (2019, 13 junio). Qué Es La Polinización Natural. Recuperado 26 de octubre de 2021, de https://www.iberdrola.com/medio-ambiente/polinizadores-naturales-en-peligro-de-extincion

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography