Pengumpul Tanaman yang Dikendalikan AI Bisa Memiliki Dampak Besar pada Keberlanjutan Energi

Fisikawan di Technical University of Denmark telah mengembangkan pengumpul buah terkecil di dunia yang dikendalikan oleh kecerdasan buatan (AI), yang memungkinkan pengumpul yang hanya beberapa mikron.

Kaare Hartvig Jensen, Associate Professor di DTU Physics, berusaha untuk mengurangi kebutuhan akan pengumpulan, transportasi, dan pengolahan tanaman untuk produksi bahan bakar bio, farmasi, dan produk lainnya. Zat yang diekstrak disebut metabolit tanaman, dan metode baru ini menghilangkan kebutuhan akan proses kimia dan mekanis.

Penelitian ini diterbitkan di Plant Physiology.

Metabolit Tanaman

Metabolit tanaman memiliki berbagai zat kimia yang sangat penting, dan beberapa di antaranya seperti obat malaria artemisinin memiliki sifat terapi. Yang lain seperti karet alami atau bahan bakar bio dari getah pohon memiliki sifat mekanis.

Sebagian besar metabolit tanaman diisolasi dalam sel individu, dan metode ekstraksi metabolit sangat penting karena prosedur ini mempengaruhi kemurnian dan hasil produk. Proses ekstraksi melibatkan penggilingan, sentrifugasi, dan perlakuan kimia menggunakan pelarut, yang menghasilkan polusi yang menyebabkan biaya pengolahan yang tinggi secara finansial dan lingkungan.

“Semua zat tersebut diproduksi dan disimpan di dalam sel individu di tanaman. Itulah tempat Anda harus masuk jika Anda ingin mendapatkan bahan murni. Ketika Anda mengumpulkan seluruh tanaman atau memisahkan buah dari cabang, Anda juga mengumpulkan jaringan yang tidak mengandung zat yang Anda cari,” kata Kaare Hartvig Jensen.

“Jadi ada dua perspektif tentang hal ini. Jika Anda ingin mengekstrak zat murni, Anda perlu melakukannya sel per sel. Dan ketika Anda dapat melakukannya, seperti yang telah kami tunjukkan, Anda tidak perlu mengumpulkan tanaman. Kemudian Anda dapat meletakkan robot kecil di atasnya dan itu dapat bekerja tanpa merusak tanaman,” Kaare melanjutkan.

Saat ini, pengumpul tersebut digunakan dengan tanaman dan daun, tetapi tim melihatnya bekerja pada skala yang lebih besar di masa depan. Jika semuanya berjalan sesuai rencana, pendekatan baru ini dapat menciptakan sumber biomassa baru dan membentuk area produksi energi yang berkelanjutan.

Aplikasi potensial di masa depan dapat menggunakan teknologi ini untuk mengetahui energi dari pohon.

“Di hutan utara Kanada dan Rusia, ada hutan pinus dengan sekitar 740 miliar pohon yang belum disentuh. Itu sekitar 25% dari total jumlah pohon di planet ini. Dengan mengembangkan teknologi ini, kita dapat mengetahui pohon untuk gula dan membuat bahan bakar bio tanpa menebang atau merusak pohon,” jelas Kaare.

Pengumpul tersebut mencari sel di buah dan daun yang berdiameter 100 mikron, dan bagian atas jarum sekitar 10 mikron.

Magnus Valdemar Paludan adalah seorang mahasiswa PhD di DTU Physics yang menciptakan sistem analisis gambar, pengenalan gambar, dan kontrol robot.

“Semua ini dilakukan dengan kamera mikroskop. Awalnya, saya secara manual menandai piksel pada gambar mikroskopi yang menunjukkan sel yang akan dikumpulkan oleh robot. Informasi itu dapat digunakan untuk melatih komputer untuk menemukan sel yang serupa di gambar baru,” kata Magnus.

AI dan Pembelajaran Mesin

Teknologi baru ini bergantung pada pembelajaran mesin dan jaringan saraf GoogLeNet yang sudah ada. Jaringan ini dapat mengenali struktur mikroskopik dan melakukan analisis gambar yang canggih.

“Kami menggunakan teknik yang disebut transfer learning, di mana kami menggunakan kemampuan jaringan saraf yang sudah ada untuk mengenali objek yang berbeda dalam gambar. Dengan menunjukkan komputer beberapa gambar baru dengan sel yang ditandai secara manual, kami berhasil menyesuaikan parameter jaringan sehingga mengenali sel yang kaya akan metabolit,” kata Magnus.

“Pengumpul tersebut kemudian dapat masuk dan mengambil gambar daun dengan kamera mikroskop, menjalankannya melalui perangkat lunak, dan mengenali sel yang perlu dikumpulkan. Selanjutnya, itu dapat mengekstrak kimia secara otomatis menggunakan mikrorobot, sementara sisanya dari tanaman tetap tidak terganggu,” jelas Magnus.