AI-контрольований збирач культур міг би мати великі наслідки для енергетичної сталості

Фізики з Технічного університету Данії розробили найменший у світі збирач фруктів, керований штучним інтелектом (AI), який дозволяє збирачеві розміром лише кілька мікрон.

Кааре Гартвіг Єнсен, доцент кафедри фізики ДТУ, став на мету зменшити потребу у збиранні, транспортуванні та обробці культур для виробництва біопалив, фармацевтичних препаратів та інших продуктів. Вихідні речовини, які видобуваються, називаються метаболітами рослин, а новий метод усуває необхідність хімічних та механічних процесів.

Дослідження було опубліковано в Plant Physiology.

Метаболіти рослин

Метаболіти рослин мають широкий спектр важливих хімічних речовин, і ті, як лікарський препарат артемізинін, мають терапевтичні властивості. Інші, як натуральна гума або біопаливо з соку дерев, мають механічні властивості.

Більшість метаболітів рослин ізольовані в окремих клітинах, а метод видобування метаболітів важливий, оскільки процедура впливає на чистоту продукту та вихід. Процес видобування включає подрібнення, центрифугування та хімічну обробку з використанням розчинників, що призводить до забруднення, яке призводить до високих фінансових та екологічних витрат на обробку.

“Всі речовини виробляються та зберігаються всередині окремих клітин рослини. Саме туди потрібно заходити, якщо хочете отримати чистий матеріал. Коли ви збираєте всю рослину або відокремлюєте плід від гілок, ви також збираєте велику кількість тканини, яка не містить речовини, яка вас цікавить”, каже Кааре Гартвіг Єнсен.

“Є дві перспективи. Якщо ви хочете видобувати чисті речовини, вам потрібно робити це клітина за клітиною. І коли ви можете зробити це, як ми показали, вам не потрібно збираючи рослину. Тоді ви можете поставити маленького робота та він може працювати без пошкодження рослини”, продовжує Кааре.

Наразі збирач використовується з рослинами та листям, але команда бачить його застосування у майбутньому в більшій масштабі. Якщо все піде за планом, новий підхід може створити нове джерело біомаси та встановити нову область сталої енергетичної продукції.

Потенційне застосування в майбутньому може полягати у використанні технології для отримання енергії з дерев.

“У лісах північної Канади та Росії є соснові ліси з близько 740 мільярдами дерев, які залишаються недоторканими. Це близько 25% загальної кількості дерев на планеті. Розробивши цю технологію, ми можемо використовувати дерева для отримання цукру та виробництва біопалива без вирубування або пошкодження дерев”, пояснює Кааре.

Збирач шукає клітини в плодах та листях діаметром 100 мікрон, а верх голки становить близько 10 мікрон у діаметрі.

Магнус Вальдемар Палудан – аспірант кафедри фізики ДТУ, який створив систему аналізу зображень, розпізнавання зображень та контролю робота.

“Все це робиться за допомогою мікроскопічної камери. Спочатку я вручну позначив пікселі на мікроскопічних зображеннях, що показують клітини, які робот буде збираючи. Ця інформація може бути використана для навчання комп’ютера знаходити подібні клітини в нових зображеннях”, каже Магнус.

Штучний інтелект та машинне навчання

Нова технологія базується на машинному навчанні та попередньо існуючій нейронній мережі GoogLeNet. Мережа здатна розпізнавати мікроскопічні структури та виконувати просунутий аналіз зображень.

“Ми використали техніку переносного навчання, де ви використовуєте наявну нейронну мережу для розпізнавання різних об’єктів на зображенні. Покажіть комп’ютеру кілька нових зображень з вручну позначеними клітинами, ми вдалося до налаштування параметрів мережі так, щоб вона розпізнавала мікроскопічні клітини, багаті на метаболіти”, каже Магнус.

“Збирач може потім зайти та зробити знімок листка за допомогою мікроскопічної камери, пропустити його через програмне забезпечення та розпізнати клітини, які потрібно зібрати. Далі він може автоматично видобувати хімічні речовини за допомогою мікроробота, поки решта рослини залишається недоторканою”, пояснює Магнус.