Les drones sont prêts à révolutionner la recherche sur la biodiversité en fournissant des capacités d'imagerie rapprochée et haute résolution et de collecte de données

Pour avoir un écosystème sain, nous avons besoin de biodiversité, car elle soutient toute vie sur Terre, y compris les humains. Sans une variété de micro-organismes, de plantes et d’animaux, nous ne pouvons tout simplement pas avoir un environnement équilibré.

To maintain a healthy ecosystem, we need biodiversity, as it supports all life on Earth, including humans. Without a variety of microorganisms, plants, and animals, we simply can't have a balanced environment.

Pour maintenir un écosystème sain, nous avons besoin de biodiversité, car elle soutient toute vie sur Terre, y compris les humains. Sans une variété de micro-organismes, de plantes et d’animaux, nous ne pouvons tout simplement pas avoir un environnement équilibré.

Biodiversity provides ecosystem services such as clean air, freshwater, and flood management, which are crucial to human well-being. It also supports food security, helps in carbon sequestration, detoxifies and decomposes waste, enhances resilience in organisms, and helps regulate disease. The genes in plants and animals are even used to develop medicines and pharmaceuticals.

La biodiversité fournit des services écosystémiques tels que l’air pur, l’eau douce et la gestion des inondations, qui sont cruciaux pour le bien-être humain. Il soutient également la sécurité alimentaire, aide à la séquestration du carbone, détoxifie et décompose les déchets, améliore la résilience des organismes et aide à réguler les maladies. Les gènes des plantes et des animaux sont même utilisés pour développer des médicaments et des produits pharmaceutiques.

So, it's clear that we need a better understanding of biodiversity. A powerful tool to study biodiversity in forests and tree canopies is the analysis of environmental DNA (eDNA). However, collecting the samples of eDNA isn't easy in such high and complex environments.

Il est donc clair que nous avons besoin d’une meilleure compréhension de la biodiversité. L’analyse de l’ADN environnemental (ADNe) constitue un outil puissant pour étudier la biodiversité dans les forêts et le couvert forestier. Cependant, collecter des échantillons d’ADNe n’est pas facile dans des environnements aussi exigeants et complexes.

Traditionally, labor-intensive approaches like tree rolling or surface swabbing have been used to achieve the task. Relying on satellite imagery or using cranes to study regions not only required significant efforts to reach sufficient coverage but also lacked precision.

Traditionnellement, des approches à forte intensité de main d’œuvre, comme le roulage des arbres ou l’écouvillonnage des surfaces, ont été utilisées pour accomplir cette tâche. S'appuyer sur des images satellite ou utiliser des grues pour étudier les régions nécessitait non seulement des efforts importants pour atteindre une couverture suffisante, mais manquait également de précision.

But not anymore. Drones are all set to transform the situation by providing close-up, high-resolution imaging and data collection capabilities.

Mais plus maintenant. Les drones sont tous prêts à transformer la situation en fournissant des capacités d’imagerie rapprochée et haute résolution et de collecte de données.

A new study proposed using unmanned aerial vehicles (UAVs) to explore biodiversity in treetops, specifically in remote and inaccessible areas. This means drones will perform the job safely without requiring people to go to hard-to-reach areas like tropical rainforests to collect genetic material from treetops while helping us get a deeper understanding of biodiversity.

Une nouvelle étude a proposé d'utiliser des véhicules aériens sans pilote (UAV) pour explorer la biodiversité à la cime des arbres, en particulier dans les zones reculées et inaccessibles. Cela signifie que les drones effectueront leur travail en toute sécurité sans obliger les gens à se rendre dans des zones difficiles d'accès comme les forêts tropicales humides pour collecter du matériel génétique à la cime des arbres, tout en nous aidant à mieux comprendre la biodiversité.

Gathering eDNA Using Drones

Rassembler l'ADNe à l'aide de drones

eDNA is found in biological substances such as mucus, feces, and dead skin cells and has been used to examine biodiversity for several decades now. Used to catalog and monitor biodiversity, the DNA traces help researchers determine which species are present in a particular area.

L’ADNe se trouve dans des substances biologiques telles que le mucus, les excréments et les cellules mortes de la peau et est utilisé depuis plusieurs décennies maintenant pour examiner la biodiversité. Utilisées pour cataloguer et surveiller la biodiversité, les traces ADN aident les chercheurs à déterminer quelles espèces sont présentes dans une zone particulière.

Early last year, scientists from ETH Zurich research institute used this technique to find out just which species use forest canopy to build their homes.

Au début de l'année dernière, des scientifiques de l'institut de recherche de l'ETH Zurich ont utilisé cette technique pour déterminer quelles espèces utilisent le couvert forestier pour construire leur habitat.

To build this special drone that has the ability to gather samples on tree branches on its own, researchers at ETH Zurich along with those from the Swiss Federal Research Institute WSL partnered with the company SPYGEN.

Pour construire ce drone spécial, capable de collecter seul des échantillons sur des branches d'arbres, des chercheurs de l'ETH Zurich ainsi que ceux de l'Institut fédéral de recherche WSL se sont associés à la société SPYGEN.

The aircraft was installed with adhesive strips on the bottom of it. The UAV was gently brought down on branches and once generic material was transferred from branches to these adhesives, it was then analyzed.

L'avion a été installé avec des bandes adhésives au bas de celui-ci. Le drone a été posé doucement sur les branches et une fois le matériau générique transféré des branches vers ces adhésifs, il a ensuite été analysé.

But ranches vary in their thickness and elasticity. And having the aircraft approach a branch and remain stable to take samples successfully proved to be a big challenge for the researchers.

Mais les ranchs varient dans leur épaisseur et leur élasticité. Et faire en sorte que l'avion s'approche d'une branche et reste stable pour prélever des échantillons avec succès s'est avéré être un grand défi pour les chercheurs.

“Landing on branches requires complex control.”

"Atterrir sur des branches nécessite un contrôle complexe."

– Stefano Mintchev, Professor of Environmental Robotics at ETH Zurich and WSL at the time

– Stefano Mintchev, alors professeur de robotique environnementale à l'ETH Zurich et au WSL

So, the team fitted the drone with a force-sensing cage, which allowed the aircraft to measure the flexibility of the branch and use that to move. The device was then tested on seven tree species, and the samples were found to contain DNA from 21 distinct groups of organisms, including birds, insects, and mammals.

Ainsi, l’équipe a équipé le drone d’une cage de détection de force, qui a permis à l’avion de mesurer la flexibilité de la branche et de l’utiliser pour se déplacer. L’appareil a ensuite été testé sur sept espèces d’arbres et les échantillons contenaient de l’ADN provenant de 21 groupes distincts d’organismes, notamment des oiseaux, des insectes et des mammifères.

While this is an easier, faster, and safer alternative to sending biologists high up into the treetops, even this method isn't completely risk-free.

Bien qu’il s’agisse d’une alternative plus simple, plus rapide et plus sûre que d’envoyer des biologistes en hauteur à la cime des arbres, même cette méthode n’est pas totalement sans risque.

When using the drone, there is a risk of not only damaging the tree but also the drone itself in case there's an unintentional hard collision. Then, there's the limitation of gathering samples only from branches on which the drone lands. So, while the results have been “encouraging,” the drone had to improve.

Lors de l'utilisation du drone, il existe un risque d'endommager non seulement l'arbre mais également le drone lui-même en cas de collision violente involontaire. Ensuite, il y a la limitation de collecter des échantillons uniquement sur les branches sur lesquelles le drone atterrit. Ainsi, même si les résultats ont été « encourageants », le drone devait encore s’améliorer.

An Improved System to Study Biodiversity

Un système amélioré pour étudier la biodiversité

Now, scientists from ETH Zurich have created a novel, custom-designed robotic system. This new approach for UAVs to collect eDNA within tree canopies uses a surface swabbing technique.

Aujourd’hui, des scientifiques de l’ETH Zurich ont créé un nouveau système robotique conçu sur mesure. Cette nouvelle approche permettant aux drones de collecter l’ADNe dans la canopée des arbres utilise une technique d’écouvillonnage de surface.

Led by Steffen Kirchgeorg, a robotics PhD student at ETH Zurich, the study developed a sampling system with a flat fabric probe. The piece of fleece cloth is actually cut into a circle, much like how a coffee filter is shaped, and attached with fiberglass strips to provide structure.

Dirigée par Steffen Kirchgeorg, doctorant en robotique à l'ETH Zurich, l'étude a développé un système d'échantillonnage avec une sonde en tissu plat. Le morceau de tissu polaire est en fait découpé en cercle, un peu comme la façon dont un filtre à café est façonné, et fixé avec des bandes de fibre de verre pour fournir une structure.

The probe is moved down on a tether from a lifting gear mounted on the quadcopter's underside. This way, the drone is kept out of the vegetation.

La sonde est déplacée vers le bas grâce à une attache depuis un mécanisme de levage monté sous le quadricoptère. De cette façon, le drone est tenu à l’écart de la végétation.

The drone was also equipped with a sensor that prevents the tether of the probe from tangling on branches. The researchers programmed the system to shift position automatically when detecting an impact.

Le drone était également équipé d'un capteur qui évite que l'attache de la sonde ne s'emmêle dans les branches. Les chercheurs ont programmé le système pour qu'il change automatiquement de position lors de la détection d'un impact.

The way it works is that the UAV hovers safely above the treetops. The probe is then lowered through the foliage where it brushes against leaves and branches. And once eDNA has been gathered, the probe can be removed for its content to be subsequently analyzed.

La façon dont cela fonctionne est que le drone plane en toute sécurité au-dessus de la cime des arbres. La sonde est ensuite abaissée à travers le feuillage où elle effleure les feuilles et les branches. Et une fois l’ADNe collecté, la sonde peut être retirée pour que son contenu soit ensuite analysé.

The experiment was performed in a rainforest in Southeast Asia, where the drone was remotely controlled by Kirchgeorg and colleagues through a live feed from its onboard camera. The drone was flown out of the line of sight to collect ten samples from the forest canopy.

L'expérience a été réalisée dans une forêt tropicale d'Asie du Sud-Est, où le drone était contrôlé à distance par Kirchgeorg et ses collègues grâce à une transmission en direct de sa caméra embarquée. Le drone a été placé hors de vue pour collecter dix échantillons de la canopée forestière.

The effectiveness of the new approach was demonstrated during the XPRIZE Rainforest Semi-Finals, where the team revealed they found the eDNA of 152 different species from these

L'efficacité de la nouvelle approche a été démontrée lors des demi-finales XPRIZE Rainforest, où l'équipe a révélé avoir trouvé l'ADNe de 152 espèces différentes de ces espèces.