Recoltatorul de culturi controlat de inteligență artificială ar putea avea implicații majore pentru sustenabilitatea energetică

Fizicienii de la Universitatea Tehnică din Danemarca au dezvoltat cel mai mic recoltator de fructe controlat de inteligență artificială (IA) din lume, care permite un recoltator care măsoară doar câteva microni.

Kaare Hartvig Jensen, profesor asociat la DTU Physics, a încercat să reducă nevoia de recoltare, transport și prelucrare a culturilor pentru producerea de biocombustibili, medicamente și alte produse. Substanțele extrase se numesc metaboliți de plante, iar noua metodă elimină nevoia de procese chimice și mecanice.

Cercetarea a fost publicată în Plant Physiology.

Metaboliți de plante

Metaboliții de plante au o gamă largă de substanțe chimice vitale, iar unele, cum ar fi medicamentul contra malariei artemisinină, au proprietăți terapeutice. Altele, cum ar fi cauciucul natural sau biocombustibilul din seva arborelui, au proprietăți mecanice.

Majoritatea metaboliților de plante sunt izolați în celule individuale, iar metoda de extragere a metaboliților este importantă, deoarece procedura afectează puritatea și randamentul produsului. Procesul de extragere implică măcinare, centrifugare și tratament chimic cu solvenți, ceea ce duce la poluare și costuri financiare și de mediu ridicate.

“Toate substanțele sunt produse și stocate în interiorul celulelor individuale ale plantei. Acolo este unde trebuie să intri dacă vrei materialul pur. Când recoltezi întreaga plantă sau separi fructul de ramuri, recoltezi și o cantitate mare de țesut care nu conține substanța în care ești interesat”, spune Kaare Hartvig Jensen.

“Există două perspective. Dacă vrei să extragi substanțele pure, trebuie să o faci celulă cu celulă. Și când poți face asta, așa cum am arătat, nu trebuie să recoltezi planta. Atunci poți pune micul robot și poate lucra fără a distruge planta”, continuă Kaare.

În prezent, recoltatorul este utilizat cu plante și frunze, dar echipa vede funcționând la o scară mai mare în viitor. Dacă totul funcționează conform planului, noua abordare ar putea crea o nouă sursă de biomasă și stabili o nouă zonă de producție de energie sustenabilă.

O posibilă aplicație în viitor ar putea fi utilizarea tehnologiei pentru a extrage energie din arbori.

“În pădurile din nordul Canadei și Rusiei, există păduri de molid cu aproximativ 740 de miliarde de arbori care sunt complet neatinse. Acesta este aproximativ 25% din numărul total de arbori de pe planetă. Dezvoltând această tehnologie, putem extrage zahăr din arbori și produce biocombustibil fără a tăia sau a distruge arborii”, explică Kaare.

Recoltatorul caută celule în fructe și frunze care au un diametru de 100 de microni, iar partea superioară a acului are un diametru de aproximativ 10 microni.

Magnus Valdemar Paludan este student doctorand la DTU Physics, care a creat sistemul de analiză a imaginilor, recunoaștere a imaginilor și control al robotului.

“Totul se face cu o cameră de microscop. La început, am marcat manual pixeli pe imaginile de microscopie care arată celulele pe care robotul le va recolta. Aceste informații pot fi utilizate pentru a antrena un computer să găsească celule similare în noi imagini”, spune Magnus.

Inteligență artificială și învățare automată

Noua tehnologie se bazează pe învățarea automată și rețeaua neurală preexistentă GoogLeNet. Rețeaua este capabilă să recunoască structuri microscopice și să efectueze analize avansate de imagini.

“Am utilizat o tehnică numită transfer de învățare, în care se utilizează capacitatea rețelei neurale existente de a recunoaște diferite obiecte dintr-o imagine. Prin arătarea computerului a unor noi imagini cu celule marcate manual, am reușit să ajustăm parametrii rețelei astfel încât să recunoască celulele microscopice bogate în metaboliți”, spune Magnus.

“Recoltatorul poate intra și lua o poză a frunzei cu camera de microscop, o rulează prin software și recunoaște celulele pe care trebuie să le recolteze. Apoi, poate extrage chimicalele în mod automat, utilizând un microrobot, în timp ce restul plantei rămâne neatins”, explică Magnus.