드론은 클로즈업, 고해상도 이미징 및 데이터 수집 기능을 제공하여 생물 다양성 연구에 혁명을 일으킬 예정입니다.

건강한 생태계를 가지려면 인간을 포함한 지구상의 모든 생명체를 지원하는 생물 다양성이 필요합니다. 다양한 미생물, 식물, 동물이 없으면 우리는 균형 잡힌 환경을 가질 수 없습니다.

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.

건강한 생태계를 유지하려면 인간을 포함한 지구상의 모든 생명체를 지원하는 생물 다양성이 필요합니다. 다양한 미생물, 식물, 동물이 없으면 우리는 균형 잡힌 환경을 가질 수 없습니다.

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.

생물다양성은 인간의 행복에 필수적인 깨끗한 공기, 담수, 홍수 관리 등 생태계 서비스를 제공합니다. 또한 식량 안보를 지원하고, 탄소 격리를 돕고, 폐기물을 해독 및 분해하며, 유기체의 회복력을 강화하고, 질병을 조절하는 데 도움을 줍니다. 식물과 동물의 유전자는 의약품을 개발하는 데에도 사용됩니다.

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.

따라서 생물다양성에 대한 더 나은 이해가 필요하다는 것은 분명합니다. 숲과 나무 캐노피의 생물 다양성을 연구하는 강력한 도구는 환경 DNA(eDNA) 분석입니다. 하지만 이렇게 높고 복잡한 환경에서는 eDNA 샘플을 수집하는 것이 쉽지 않습니다.

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.

전통적으로 작업을 달성하기 위해 나무 굴리기 또는 표면 면봉 채취와 같은 노동 집약적인 접근 방식이 사용되었습니다. 위성 이미지에 의존하거나 크레인을 사용하여 지역을 연구하려면 충분한 범위에 도달하기 위해 상당한 노력이 필요할 뿐만 아니라 정확성도 부족했습니다.

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

하지만 더 이상은 아닙니다. 드론은 클로즈업, 고해상도 이미징 및 데이터 수집 기능을 제공하여 상황을 변화시킬 준비가 되어 있습니다.

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.

무인 항공기(UAV)를 사용하여 나무 꼭대기, 특히 멀리 떨어져 있고 접근할 수 없는 지역의 생물 다양성을 탐색하는 새로운 연구가 제안되었습니다. 이는 드론이 사람들이 나무 꼭대기에서 유전 물질을 수집하기 위해 열대 우림과 같이 접근하기 어려운 지역으로 갈 필요 없이 안전하게 작업을 수행하는 동시에 생물 다양성에 대한 더 깊은 이해를 얻는 데 도움이 된다는 것을 의미합니다.

Gathering eDNA Using Drones

드론을 이용한 eDNA 수집

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.

eDNA는 점액, 대변, 죽은 피부 세포와 같은 생물학적 물질에서 발견되며 현재 수십 년 동안 생물 다양성을 조사하는 데 사용되어 왔습니다. 생물 다양성을 분류하고 모니터링하는 데 사용되는 DNA 흔적은 연구자들이 특정 지역에 어떤 종이 ​​존재하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

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.

작년 초, ETH 취리히 연구소의 과학자들은 이 기술을 사용하여 어떤 종이 ​​숲 캐노피를 사용하여 집을 짓는지 알아냈습니다.

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.

자체적으로 나뭇가지에서 샘플을 수집할 수 있는 이 특수 드론을 만들기 위해 ETH Zurich의 연구원과 스위스 연방 연구소 WSL의 연구원은 SPYGEN 회사와 파트너십을 맺었습니다.

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.

항공기 바닥에는 접착 스트립이 설치되어 있습니다. UAV를 나뭇가지에 부드럽게 내려놓고 일반적인 재료를 나뭇가지에서 이러한 접착제로 옮긴 후 분석했습니다.

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.

그러나 목장의 두께와 탄력성은 다양합니다. 그리고 항공기가 지점에 접근하고 안정적인 상태를 유지하여 샘플을 성공적으로 채취하는 것은 연구원들에게 큰 도전이었습니다.

“Landing on branches requires complex control.”

"지점에 착륙하려면 복잡한 제어가 필요합니다."

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

– Stefano Mintchev, 당시 ETH 취리히와 WSL의 환경 로봇 공학 교수

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.

그래서 팀은 드론에 힘 감지 케이지를 장착하여 항공기가 가지의 유연성을 측정하고 이를 사용하여 이동할 수 있도록 했습니다. 그런 다음 이 장치를 7종의 나무에 대해 테스트한 결과, 샘플에는 새, 곤충, 포유류를 포함한 21개 유기체 그룹의 DNA가 포함되어 있는 것으로 밝혀졌습니다.

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.

이것이 생물학자를 나무 꼭대기로 보내는 것보다 더 쉽고 빠르며 안전한 대안이지만, 이 방법조차도 위험이 전혀 없는 것은 아닙니다.

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.

드론 사용 시, 의도하지 않은 심한 충돌이 발생할 경우 나무뿐만 아니라 드론 자체도 손상될 위험이 있습니다. 그러면 드론이 착륙한 지점에서만 샘플을 채취하는 데 한계가 있다. 따라서 결과는 "고무적"이었지만 드론은 개선되어야 했습니다.

An Improved System to Study Biodiversity

생물 다양성 연구를 위한 개선된 시스템

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.

이제 ETH Zurich의 과학자들은 맞춤 설계된 새로운 로봇 시스템을 만들었습니다. UAV가 나무 캐노피 내에서 eDNA를 수집하는 이 새로운 접근 방식은 표면 면봉 기술을 사용합니다.

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.

ETH Zurich의 로봇 공학 박사 과정 학생인 Steffen Kirchgeorg가 주도한 이 연구에서는 평평한 직물 프로브를 갖춘 샘플링 시스템을 개발했습니다. 양털 천 조각은 실제로 커피 필터 모양과 비슷하게 원형으로 절단되고 구조를 제공하기 위해 유리 섬유 스트립으로 부착됩니다.

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.

프로브는 쿼드콥터 아래쪽에 장착된 리프팅 기어의 밧줄을 타고 아래로 이동합니다. 이렇게 하면 드론이 식물에 닿지 않게 됩니다.

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.

드론에는 프로브의 끈이 나뭇가지에 엉키는 것을 방지하는 센서도 장착됐다. 연구진은 충격을 감지하면 자동으로 위치를 이동하도록 시스템을 프로그래밍했습니다.

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.

작동 방식은 UAV가 나무 꼭대기 위로 안전하게 호버링하는 것입니다. 그런 다음 탐침을 잎사귀를 통해 낮추어 잎과 가지에 닿게 합니다. 그리고 eDNA가 수집되면 이후에 내용을 분석하기 위해 프로브를 제거할 수 있습니다.

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.

실험은 동남아시아의 열대 우림에서 수행되었으며, Kirchgeorg와 동료들은 탑재된 카메라의 라이브 피드를 통해 드론을 원격으로 제어했습니다. 드론은 숲 캐노피에서 10개의 샘플을 수집하기 위해 시야 밖으로 날아갔습니다.

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

새로운 접근법의 효과는 XPRIZE Rainforest 준결승에서 입증되었으며, 여기서 팀은 이들로부터 152종의 서로 다른 종의 eDNA를 발견했다고 밝혔습니다.