DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-025-02704-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40404926
تاريخ النشر: 2025-05-22
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم البيئة والحفاظ على الحياة البرية
نظرة عامة
تناقش قسم ورقة البحث الحاجة الملحة لتحسين الأساليب لمراقبة التنوع البيولوجي الأرضي في ضوء تزايد فقدان التنوع البيولوجي. يبرز الإمكانات التي توفرها الأنظمة الروبوتية والمستقلة (RAS) لتعزيز قدرات المراقبة، وهي إمكانية لم يتم استكشافها بشكل منهجي. باستخدام تقنية دلفي المعدلة، قامت الدراسة بتجميع رؤى من 98 خبيرًا في التنوع البيولوجي و31 خبيرًا في RAS، محددة الحواجز المنهجية الرئيسية أمام المراقبة الفعالة: الوصول إلى المواقع، تحديد الأنواع، معالجة البيانات، وتوافر الطاقة/الشبكة.
حدد خبراء التنوع البيولوجي التحديات التي تواجه مراقبة النظم البيئية المتنوعة، مؤكدين على الحاجة إلى منهجيات قوية يمكن أن تتنبأ بانقراض الأنواع وانهيار النظم البيئية. اقترح خبراء RAS حلولًا تكنولوجية لمعالجة هذه الحواجز، مشيرين إلى أنه بينما يمكن تكييف بعض أنظمة RAS الحالية لاستطلاعات الأنواع، فإن المزيد من التطوير ضروري لمراقبة الأنواع الأكثر تعقيدًا تحت ظروف بيئية متغيرة. تختتم الورقة بأن تعزيز التعاون بين خبراء التنوع البيولوجي وRAS أمر ضروري لتطوير تقنيات مراقبة مبتكرة، بهدف تعزيز دقة وشمولية تقييمات التنوع البيولوجي عبر نظم بيئية متنوعة.
مقدمة
تقدم المقدمة نظرة عامة على الخصائص الاجتماعية والاقتصادية والديموغرافية لـ 98 خبيرًا في التنوع البيولوجي الذين شاركوا في المرحلة الأولى من تقنية دلفي المعدلة. تبرز توزيع الخبراء بناءً على العمر، الجنس، خبرة استطلاع التنوع البيولوجي، وقطاع العمل. ومن الجدير بالذكر أنه تم الإشارة إلى أن 18 من الخبراء كانوا مشغولين في عدة قطاعات عمل، مما يدل على خلفية مهنية متنوعة بين المشاركين. تعتبر هذه البيانات الديموغرافية ضرورية لفهم وجهات النظر والخبرات الممثلة في الدراسة.
الطرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون تقنية دلفي المعدلة، وهي طريقة منظمة تستخدم عادة في علوم الحفظ والبيئة، لجمع آراء خبراء متنوعة بين أبريل ويونيو 2023. تضمنت هذه العملية الاستقصائية التكرارية ثلاث مراحل: استبيان عبر الإنترنت وورشة عمل لخبراء التنوع البيولوجي، تلتها ورشة عمل لخبراء RAS (نظام التقييم السريع). تم التأكيد على عدم الكشف عن هوية مساهمات المشاركين لتقليل التحيزات المرتبطة بالضغوط الاجتماعية، مثل التفكير الجماعي وتأثير الأفراد المهيمنين.
كان مطلوبًا من المشاركين تقديم موافقة مستنيرة، مع تواصل واضح بشأن الطابع الطوعي لمشاركتهم وخيار الانسحاب في أي وقت دون تفسير. تم التأكد من أن البيانات التي تم جمعها من خلال الاستبيان وورش العمل كانت مجهولة الهوية وغير قابلة للتعريف. تم الحصول على الموافقة الأخلاقية للدراسة من لجنة أخلاقيات البحث في مدرسة الأنثروبولوجيا والحفظ في جامعة كينت (المرجع 394 2023).
النتائج
في المرحلة الأولى من تقنية دلفي المعدلة، حدد خبراء التنوع البيولوجي الحواجز المنهجية الرئيسية أمام إجراء استطلاعات التنوع البيولوجي المثالية، والتي تم تصنيفها إلى الوصول إلى المواقع، اكتشاف الأنواع، معالجة البيانات، وتوافر الطاقة/الشبكة. كان الوصول إلى المواقع واكتشاف الأنواع هما الحاجزان الأكثر ذكرًا عبر جميع الأنواع. في المرحلة الثانية، ناقش الخبراء إمكانيات الأنظمة الروبوتية المستقلة (RAS) لمعالجة هذه التحديات، مشيرين إلى الفرص مثل استطلاع مناطق واسعة، تحديد الأنواع في الوقت الحقيقي، وإدارة كميات كبيرة من البيانات. ومع ذلك، تم الإشارة أيضًا إلى تحديات كبيرة، بما في ذلك توافر الطاقة، الحاجة إلى بيانات تدريب موثوقة، ومخاطر الخطأ في التعرف من قبل المصنفات الآلية.
تشير النتائج إلى أن تقنيات RAS، التي تم تطبيقها بنجاح في مجالات متنوعة، يمكن أن تعزز مراقبة التنوع البيولوجي الأرضي. على سبيل المثال، يمكن أن تسهل الطائرات بدون طيار (UAVs) والروبوتات ذات الأرجل الوصول إلى التضاريس الصعبة وتمكن من أخذ عينات بشكل فعال من المواطن المتنوعة. على الرغم من وعد RAS، أكد الخبراء على الحاجة إلى النظر بعناية في القضايا القانونية والمشاركة المجتمعية، فضلاً عن التأثيرات البيئية لنشر مثل هذه التقنيات. بشكل عام، تؤكد الدراسة على إمكانيات RAS لتحويل مراقبة التنوع البيولوجي مع معالجة التحديات المرتبطة بتنفيذها.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الحواجز والفرص الكبيرة المرتبطة باستخدام الأنظمة الروبوتية المستقلة (RAS) لمراقبة التنوع البيولوجي الأرضي. تشمل التحديات الرئيسية اكتشاف مجموعة واسعة من أحجام الأنواع، من اللافقاريات المجهرية إلى النباتات الوعائية الكبيرة، مما يتطلب تصاميم حساسات متقدمة. أشار الخبراء إلى أنه بينما يمكن مراقبة بعض الأنواع بشكل فعال، فإن تحديد الأنواع الأقل شيوعًا لا يزال يمثل مشكلة بسبب نقص بيانات تدريب المصنفين وتعقيدات التفاعلات البيئية. يُقترح دمج تقنيات حساسات متنوعة، مثل الصوتيات السلبية وأخذ عينات eDNA، كوسيلة لتعزيز قدرات اكتشاف الأنواع، على الرغم من أن القيود في معالجة البيانات، خاصة فيما يتعلق بالأحجام الكبيرة الناتجة، تشكل عقبات إضافية.
علاوة على ذلك، فإن توافر الطاقة هو مصدر قلق حاسم، حيث تتطلب RAS غالبًا طاقة كبيرة للعمل بشكل فعال على مدى فترات طويلة. أكد الخبراء على الحاجة إلى حلول طاقة مبتكرة، مثل الطاقة الشمسية والرقائق الدقيقة منخفضة الطاقة، للحفاظ على وظائف RAS في بيئات متنوعة. تختتم الورقة بأنه بينما تحمل RAS إمكانات كبيرة لتقدم مراقبة التنوع البيولوجي، فإن نجاح تنفيذها سيعتمد على التغلب على هذه الحواجز التكنولوجية من خلال التعاون بين التخصصات بين خبراء التنوع البيولوجي وRAS. هذا التعاون ضروري لتطوير أنظمة قوية يمكن أن تعالج بشكل فعال تعقيدات المراقبة البيئية مع تقليل الاضطراب للأنواع والموائل.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-025-02704-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40404926
Publication Date: 2025-05-22
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Wildlife Ecology and Conservation
Overview
The research paper section discusses the urgent need for improved methods to monitor terrestrial biodiversity in light of escalating biodiversity loss. It highlights the potential of robotic and autonomous systems (RAS) to enhance monitoring capabilities, a possibility that has not been systematically explored. Utilizing a modified Delphi technique, the study synthesized insights from 98 biodiversity experts and 31 RAS experts, identifying key methodological barriers to effective monitoring: site access, species identification, data handling, and power/network availability.
Experts in biodiversity outlined the challenges faced in monitoring diverse ecosystems, emphasizing the need for robust methodologies that can predict species extinctions and ecosystem collapses. RAS experts proposed technological solutions to address these barriers, suggesting that while some existing RAS could be adapted for species surveys, further development is necessary for monitoring more complex taxa under variable environmental conditions. The paper concludes that fostering transdisciplinary collaboration between biodiversity and RAS experts is essential for co-developing innovative monitoring technologies, ultimately aiming to enhance the accuracy and comprehensiveness of biodiversity assessments across various ecosystems.
Introduction
The introduction presents an overview of the socioeconomic and demographic characteristics of the 98 biodiversity experts who participated in Stage One of the modified Delphi technique. It highlights the distribution of experts based on age, gender, biodiversity survey experience, and employment sector. Notably, it is mentioned that 18 of the experts were engaged in multiple employment sectors, indicating a diverse professional background among the participants. This demographic data is crucial for understanding the perspectives and expertise represented in the study.
Methods
In this study, the authors employed a modified Delphi technique, a structured method commonly used in conservation and environmental sciences, to gather diverse expert opinions between April and June 2023. This iterative survey process involved three stages: an online questionnaire and workshop for biodiversity experts, followed by a workshop for RAS (Rapid Assessment System) experts. The anonymity of participant contributions was emphasized to reduce biases associated with social pressures, such as groupthink and the influence of dominant individuals.
Participants were required to provide informed consent, with clear communication regarding the voluntary nature of their involvement and the option to withdraw at any time without explanation. The data collected through the questionnaire and workshops were ensured to be anonymous and unidentifiable. Ethical approval for the study was obtained from the School of Anthropology and Conservation Research Ethics Committee at the University of Kent (reference 394 2023).
Results
In the first stage of a modified Delphi technique, biodiversity experts identified key methodological barriers to conducting ideal biodiversity surveys, categorized into site access, species detection, data handling, and power/network availability. Site access and species detection were the most frequently cited barriers across all taxa. In the second stage, experts discussed the potential of robotic autonomous systems (RAS) to address these challenges, highlighting opportunities such as surveying large areas, real-time species identification, and managing high data volumes. However, significant challenges were also noted, including power availability, the need for validated training data, and risks of misidentification by automated classifiers.
The findings suggest that RAS technologies, which have been successfully applied in various fields, could enhance terrestrial biodiversity monitoring. For instance, uncrewed aerial vehicles (UAVs) and legged robots could facilitate access to difficult terrains and enable efficient sampling of diverse habitats. Despite the promise of RAS, experts emphasized the need for careful consideration of legal and community engagement issues, as well as the environmental impacts of deploying such technologies. Overall, the study underscores the potential of RAS to transform biodiversity monitoring while also addressing the inherent challenges associated with their implementation.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights significant barriers and opportunities associated with using robotic autonomous systems (RAS) for monitoring terrestrial biodiversity. Key challenges include the detection of a wide range of species sizes, from microscopic invertebrates to large vascular plants, which necessitates advanced sensor designs. Experts noted that while some taxa can be monitored effectively, the identification of less common species remains problematic due to insufficient classifier training data and the complexities of ecological interactions. The integration of various sensor technologies, such as passive acoustics and eDNA sampling, is suggested as a means to enhance species detection capabilities, although limitations in data handling and processing, particularly concerning the vast volumes generated, pose additional hurdles.
Furthermore, power availability is a critical concern, as RAS often require substantial energy to operate effectively over extended periods. Experts emphasized the need for innovative power solutions, such as solar energy and low-power microchips, to sustain RAS functionality in diverse environments. The paper concludes that while RAS hold great potential for advancing biodiversity monitoring, their successful implementation will depend on overcoming these technological barriers through interdisciplinary collaboration between biodiversity and RAS experts. This collaboration is essential for developing robust systems that can effectively address the complexities of ecological monitoring while minimizing disturbance to species and habitats.