Řízený umělou inteligencí sběrač plodů by mohl mít velké důsledky pro energetickou udržitelnost

Fyzikové z Dánské technické univerzity vyvinuli nejmenší sběrač plodů řízený umělou inteligencí, který umožňuje sběrač měřící pouze několik mikronů.

Kaare Hartvig Jensen, docent na DTU Physics, se snažil snížit potřebu sklizně, transportu a zpracování plodin pro výrobu biopaliv, farmaceutických produktů a dalších produktů. Látky, které jsou extrahovány, se nazývají rostlinné metabolity, a nová metoda eliminuje potřebu chemických a mechanických procesů.

Výzkum byl zveřejněn v Plant Physiology.

Rostlinné metabolity

Rostlinné metabolity mají širokou škálu důležitých chemikálií, a některé z nich, jako je lék proti malárii artemisinin, mají terapeutické vlastnosti. Jiné, jako přírodní kaučuk nebo biopaliva z mízy stromů, mají mechanické vlastnosti.

Většina rostlinných metabolitů je izolována v jednotlivých buňkách, a metoda extrakce metabolitů je důležitá, protože postup ovlivňuje čistotu a výtěžek produktu. Proces extrakce zahrnuje mletí, centrifugaci a chemickou úpravu pomocí rozpouštědel, což vede k znečištění, které způsobuje vysoké finanční a environmentální náklady.

“Všechny látky jsou produkovány a skladovány uvnitř jednotlivých buněk rostliny. To je místo, kam musíte jít, pokud chcete získat čistou látku. Když sklízíte celou rostlinu nebo oddělujete plod od větví, sklízíte také velké množství tkáně, které neobsahuje látku, kterou jste intéressováni,” říká Kaare Hartvig Jensen.

“Existují dva pohledy na to. Pokud chcete extrahovat čisté látky, musíte to udělat buňka po buňce. A když to můžete udělat, jako jsme ukázali, nemusíte sklízet rostlinu. Pak můžete umístit malého robota a ten může pracovat bez poškození rostliny,” pokračuje Kaare.

V současné době je sběrač používán u rostlin a listů, ale tým vidí jeho použití na větší škále v budoucnu. Pokud vše půjde podle plánu, nový přístup by mohl vytvořit nový zdroj biomasy a založit novou oblast udržitelné energetické výroby.

Potenciální aplikace v budoucnu by mohla být použití technologie pro získání energie ze stromů.

“V lesích severní Kanady a Ruska jsou borovicové lesy s asi 740 miliardami stromů, které jsou zcela nedotčené. To je asi 25% celkového počtu stromů na planetě. Rozvíjením této technologie můžeme získat energii ze stromů a vyrobit biopaliva bez pokácení nebo poškození stromů,” vysvětluje Kaare.

Sběrač hledá buňky v plodech a listech, které jsou 100 mikronů v průměru, a vrchol jehly je asi 10 mikronů v průměru.

Magnus Valdemar Paludan je doktorand na DTU Physics, který vytvořil systém analýzy obrazu, rozpoznání obrazu a řízení robota.

“Vše se děje pomocí mikroskopické kamery. Na začátku jsem ručně označil pixely na mikroskopických obrazech, které ukazují buňky, které robot bude sklízet. Tyto informace lze použít k výcviku počítače, aby našel podobné buňky v nových obrazech,” říká Magnus.

Umělá inteligence a strojové učení

Nová technologie se spoléhá na strojové učení a předem existující neuronovou síť GoogLeNet. Síť je schopná rozpoznat mikroskopické struktury a provádět pokročilou analýzu obrazu.

“Použili jsme techniku přenosného učení, kde se používá existující neuronová síť schopná rozpoznat různé objekty v obraze. Ukázáním počítači série nových obrazů s ručně označenými buňkami se nám podařilo upravit parametry sítě, aby rozpoznala mikroskopické metabolit-bohaté buňky,” říká Magnus.

“Sběrač může poté jít a vyfotit list pomocí mikroskopické kamery, projít ho softwarovým programem a rozpoznat buňky, které potřebuje sklízet. Poté může extrahovat chemikálie automaticky pomocí mikrorobota, zatímco zbytek rostliny zůstává nedotčen,” vysvětluje Magnus.