Харвестер культур під контролем штучного інтелекту може мати великі наслідки для енергетичної стійкості

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

Кааре Гартвіг Єнсен, асоційований професор кафедри фізики DTU, ставив за мету зменшити потребу у збиранні, транспортуванні та переробці культур для виробництва біопалив, фармацевтичних препаратів та інших продуктів. Речовини, які видобуваються, називаються метаболітами рослин, і новий метод усуває потребу у хімічних та механічних процесах.

Дослідження було опубліковано в Plant Physiology.

Метаболіти рослин

Метаболіти рослин мають широкий спектр важливих хімічних речовин, і ті, як лікарський засіб проти малярії артемізинін, мають терапевтичні властивості. Інші, як натуральний каучук або біопаливо з соку дерев, мають механічні властивості.

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

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

“Отже, є два погляди на це. Якщо ви хочете видобути чисті речовини, вам потрібно зробити це клітина за клітиною. І коли ви можете зробити це, як ми показали, вам не потрібно зібрати рослину. Тоді ви можете поставити маленького робота та він зможе працювати без пошкодження рослини”, – продовжує Кааре.

Наразі збирач використовується з рослинами та листям, але команда бачить його роботу в більших масштабах у майбутньому. Якщо все піде за планом, новий підхід може створити нове джерело біомаси та встановити нову область виробництва стійкої енергії.

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

“У лісах північної Канади та Росії є ялинкові ліси з близько 740 мільярдами дерев, які залишаються недоторканими. Це близько 25% від 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 плоді та листях, які мають діаметр 100 мікрон, а верх голки має діаметр близько 10 мікрон.

Магнус Вальдемар Палудан – аспірант кафедри фізики DTU, який створив систему аналізу зображень, розпізнавання зображень та керування роботом.

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

Штучний інтелект та машинне навчання

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

“Ми використали техніку, звану передаванням 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 метаболітами”, – говорить Магнус.

“Збирач може потім увійти та зробити знімок листка з мікроскопічною камерою, запустити його через програмне забезпечення та розпізнати клітини, які потрібно зібрати. Далі він може видобувати хімічні речовини автоматично за допомогою мікроробота, залишаючи решту рослини недоторканою”, – пояснює Магнус.