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덴마크 기술 대학의 물리학자들은 인공 지능(AI)을 사용하여 제어되는 세계에서 가장 작은 과일 수확기를 개발했으며, 이는 수확기가 몇 마이크론 정도의 크기만큼 작을 수 있습니다.
DTU Physics의 카레 하르트비그 젠센(Kaare Hartvig Jensen) 부교수는 바이오 연료, 의약품 및 기타 제품의 생산을 위한 작물의 수확, 운송 및 처리의 필요성을 줄이고자 했습니다. 추출되는 물질을 식물 대사산물이라고 하며, 새로운 방법은 화학적 및 기계적 공정을 제거합니다.
이 연구는 Plant Physiology에 발표되었습니다.
식물 대사산물
식물 대사산물에는 다양한 중요한 화학물질이 있으며, 말라리아 약인 아르테미시닌과 같은 약물은 치료 효과가 있습니다. 천연 고무 또는 나무 수액에서 생산되는 바이오 연료와 같은 물질은 기계적 특성이 있습니다.
대부분의 식물 대사산물은 개별 세포에서 분리되며, 대사산물의 추출 방법은 추출 과정에서 제품의 순도와 수율에 영향을 미치기 때문에 중요합니다. 추출 과정에는 분쇄, 원심 분리 및 용매를 사용한 화학적 처리가 포함되어 있으며, 이는 오염으로 인해 높은 경제적 및 환경적 처리 비용이 발생합니다.
“모든 물질은 식물 내의 개별 세포에서 생산되고 저장됩니다. 순수한 물질을 얻으려면 그곳으로 들어가야 합니다. 식물 전체 또는 과일을 가지에서 분리할 때, 관심 있는 물질을 포함하지 않는 많은 조직을 수확하게 됩니다”라고 카레 하르트비그 젠센은 말합니다.
“그것은 두 가지 관점이 있습니다. 순수한 물질을 추출하려면 세포별로 해야 합니다. 그리고 우리가 보여준 대로那样 할 수 있다면, 식물을 수확할 필요가 없습니다. 그러면 작은 로봇을 넣고 식물에 손상 없이 작동할 수 있습니다”라고 카레는 계속합니다.
현재 수확기는 식물과 잎에서 사용되고 있지만, 팀은 미래에 더 큰 규모에서 작동할 수 있을 것으로 기대합니다. 모든 것이 계획대로 진행된다면, 새로운 접근법은 새로운 바이오매스 공급원을 만들고 지속 가능한 에너지 생산의 새로운 영역을 확립할 수 있습니다.
미래의 잠재적인 적용은 나무에서 에너지를 추출하는 데 기술을 사용하는 것입니다.
“캐나다와 러시아의 북부 숲에는 약 740억 개의 나무가 있으며, 이는 지구上的 나무의 약 25%입니다. 이 기술을 개발함으로써, 우리는 나무에서 설탕을 추출하고 나무를 베거나 손상시키지 않고 바이오 연료를 만들 수 있습니다”라고 카레는 설명합니다.
수확기는 직경이 100 마이크론인 과일과 잎의 세포를 찾고, 바늘의 상단은 약 10 마이크론의 직경입니다.
DTU Physics의 박사 과정 학생인 마그누스 발데마르 팔루단(Magnus Valdemar Paludan)은 이미지 분석, 이미지 인식 및 로봇 제어 시스템을 만들었습니다.
“모두를 현미경 카메라로 합니다. 처음에는 수확할 세포가 표시된 현미경 이미지에 픽셀을 수동으로 표시했습니다. 이러한 정보를 사용하여 컴퓨터가 새로운 이미지에서 유사한 세포를 찾을 수 있습니다”라고 마그누스는 말합니다.
AI 및 기계 학습
새로운 기술은 기계 학습과 기존의 신경망인 GoogLeNet에 의존합니다. 네트워크는 미세한 구조를 인식하고 고급 이미지 분석을 수행할 수 있습니다.
“전이 학습이라는 기술을 사용했으며, 이는 기존의 신경망이 이미지 내의 다양한 객체를 인식하는 능력을 사용하는 것입니다. 수동으로 표시된 세포가 있는 새로운 이미지의 일부를 컴퓨터에 보여줌으로써, 네트워크의 매개변수를 조정하여 미세한 대사산물이 풍부한 세포를 인식할 수 있었습니다”라고 마그누스는 말합니다.
“수확기는 나중에 현미경 카메라로 잎의 사진을 찍고, 소프트웨어를 통해 실행하고, 수확해야 하는 세포를 인식할 수 있습니다. 다음으로, 마이크로 로봇을 사용하여 자동으로 화학물질을 추출할 수 있으며, 나머지 식물은 방해받지 않습니다”라고 마그누스는 설명합니다.
