Изследователите разкриха как лазерните лъчи и 3D принтирането могат да се използват за подпомагане на селекцията на културите, за да се пренесе земеделието в 21-ви век.
Новото изследване е публикувано в списание GigaScience и показва как учените използват лазерно сканиране и 3D принтиране, за да създадат подробен 3D модел на растение от захарно цвекло.
Като начин за получаване на повече генетична информация за насочване на интелигентно размножаване, 3D моделите на растенията тук улавят "основните характеристики" на надземните части на растението захарно цвекло и могат да се използват за тръбопроводи за подобряване на културите с помощта на изкуствен интелект. Според екипа моделите на растения от захарно цвекло са възпроизводими и подходящи за използване на полето.
Изследователите обясняват, че управлението на културите "се сдобива с така необходимите инструменти", а съвременното растениевъдство е "предприятие, ориентирано към данните, включващо алгоритми за машинно обучение и сложни технологии за обработка на изображения, за да се изберат желаните признаци".
Преди това фенотипирането на растенията - науката за събиране на точна информация и измервания на растенията - е било записвано ръчно от хора. Въпреки това, в свят, в който все повече се използват технологии за намиране на решения, много от тръбопроводите за фенотипиране стават все по-автоматизирани, като се използват най-съвременни сензорни технологии, често подпомагани от изкуствен интелект.
За целите на проучването е създаден нов 3D принтиран модел на растение от захарно цвекло с оглед на тези приложения, а файловете за принтиране са достъпни за изтегляне и повторно използване, което позволява на други учени да пресъздадат точно копие на референтното захарно цвекло, което прави изследванията, провеждани от различни лаборатории в различни части на света, по-съпоставими.
Авторите на изследването Йонас Бьомер и колегите му от Института за изследване на захарното цвекло (Гьотинген) и Университета в Бон са събрали точни данни за своя модел чрез използване на използваната технология LIDAR (Light Detection and Ranging).
Истинско растение от захарно цвекло е сканирано с лазер, за да се генерират 3D данни от 12 различни ъгъла. След обработка тези данни бяха използвани в 3D принтер от търговски клас за създаване на модел на захарно цвекло в реален размер. След това авторите са тествали този модел като референтна точка в лабораторни и полеви условия.
"В областта на триизмерното фенотипиране на растенията съпоставянето на използваните сензорни системи, компютърните алгоритми и заснетите морфологични параметри представлява трудна, но фундаментално важна задача. Прилагането на технологиите за адитивно производство за генериране на възпроизводими референтни модели представлява нова възможност за разработване на стандартизирани методики за обективно и прецизно рефериране, като по този начин се облагодетелстват както научните изследвания, така и практическото отглеждане на растения", казва Йонас Бьомер.
Технологията обаче не се изчерпва със захарното цвекло, всъщност неотдавнашното проучване очертава как комбинацията от изкуствен интелект, 3D печат и сензорни технологии може да допринесе за селекцията на растенията на бъдещето.
"Стойността на 3D модела за отпечатване е, че можете да отпечатате множество копия, по едно за всяко поле с култури. Като евтина стратегия за фенотипиране, при която основният разход е скенерът LIDAR, би било фантастично да видим този подход тестван върху други култури, като ориз или африкански сиротни култури, където има нужда от евтини решения за фенотипиране", добавя Крис Армит, научен сътрудник по данни в GigaScience.
Освен че могат да се измерват размерите на културите, измерванията, които могат да се правят, включват качество на плодовете, форма и размер на листата и други параметри на растежа. В допълнение към повишаването на ефективността от използването на автоматизирани тръбопроводи за измерване, компютърно подпомаганите сензори могат да улавят сложна информация за растенията, която хората трудно биха събрали в голям мащаб.
Изследователите твърдят, че "решаващ" аспект на "новия, задвижван от сензори свят на селекцията на културите" е наличието на точен референтен материал.
Сензорите се нуждаят от данни за "стандартно растение", което да включва всички съответни характеристики, като например сложни триизмерни признаци като ориентация на листата. Използването на "изкуствено растение" в реални размери като референтен материал е за предпочитане пред това да се разчита единствено на компютърни данни или плоски двуизмерни изображения. Действителният модел може да служи като референция и вътрешен контрол в оранжерия или тестово поле сред истински растения.
