Демонстрация того, как новые технологии могут использоваться в селекции сельскохозяйственных культур 21-го века, основана на только что опубликованном исследовании, в котором лазерное сканирование и 3D-печать сочетаются с созданием подробной 3D-модели завода по производству сахарной свеклы.

Делая следующий шаг за пределами наличия генетической информации для управления разумной селекцией, 3D-модели растений отражают основные характеристики надземных частей завода по производству сахарной свеклы и могут быть использованы для улучшения сельскохозяйственных культур с помощью искусственного интеллекта. Модели заводов по производству сахарной свеклы воспроизводимы и пригодны для использования в полевых условиях.

Вся исследовательская информация, данные, методология, а также файлы 3D-печати находятся в свободном доступе. Управление растениеводством получает столь необходимые инструменты, и, конечно же, теперь каждый может напечатать свой собственный 3D-завод по производству сахарной свеклы (требуется минимальное обслуживание). 3D-модель завода по производству сахарной свеклы и ее проверка представлены в новой публикации в журнале. ГигаНаука.

Современная селекция растений — это предприятие, ориентированное на данные, в котором используются алгоритмы машинного обучения и сложные технологии визуализации для выбора желаемых признаков. «Фенотипирование растений» — наука о сборе точной информации и измерениях растений — за последние пару лет претерпела значительные улучшения.

В прошлом фенотипирование основывалось на измерениях, которые утомительно проводили люди. Сегодня конвейеры фенотипирования становятся все более автоматизированными с использованием самых современных сенсорных технологий, которым часто помогает искусственный интеллект. Проведенные измерения могут включать размер, качество плодов, форму и размер листьев, а также другие параметры роста.

Помимо повышения эффективности передачи измерительных работ автоматизированным конвейерам, компьютерные датчики часто могут собирать сложную информацию о предприятии, которую людям было бы очень сложно собрать в больших масштабах.

Одним из важнейших аспектов в этом новом, управляемом датчиками мире селекции сельскохозяйственных культур является доступность точного справочного материала.

Датчикам должны быть представлены данные о «стандартном растении», которые охватывают все соответствующие характеристики, включая также более сложные трехмерные характеристики, такие как угол, под которым ориентированы листья. Поэтому иметь реальное «искусственное растение» в качестве эталона реального размера предпочтительнее, чем просто иметь данные в компьютере или плоское двухмерное представление. Реальную модель можно, например, также включить в качестве эталона и внутреннего контроля в теплицу или на испытательное поле среди реальных растений.

Новая 3D-модель завода по производству сахарной свеклы была создана с учетом этих приложений и имеет дополнительное преимущество: файлы для печати доступны для бесплатной загрузки и повторного использования. Это позволяет другим ученым (и любому энтузиасту сахарной свеклы) воссоздать точную копию эталонной сахарной свеклы, делая исследования, проводимые разными лабораториями в разных частях мира, более сопоставимыми. Доступность 3D-печати также означает, что этот подход можно адаптировать в условиях ограниченных ресурсов, например, в развивающихся странах.

Чтобы собрать точные данные для своей реалистичной модели, авторы — Йонас Бёмер и его коллеги из Института исследований сахарной свеклы (Геттинген) и Боннского университета — использовали технологию LIDAR (обнаружение света и определение дальности). Короче говоря, настоящий завод по производству сахарной свеклы был отсканирован лазером для создания 3D-данных с 12 различных углов обзора.

После обработки эти данные были затем загружены в коммерческий 3D-принтер для создания реальной модели сахарной свеклы в реальном размере. Затем авторы протестировали модель на предмет ее предполагаемого использования в качестве ориентира в лаборатории и в полевых условиях.

Йонас Бёмер объясняет: «В области трехмерного фенотипирования растений сопоставление используемых сенсорных систем, компьютерных алгоритмов и зафиксированных морфологических параметров представляет собой сложную, но фундаментально важную задачу.

«Применение технологий аддитивного производства для создания воспроизводимых эталонных моделей открывает новую возможность для разработки стандартизированных методологий для объективного и точного сравнения, тем самым принося пользу как научным исследованиям, так и практической селекции растений».

Разумеется, этот подход не ограничивается сахарной свеклой, и новое исследование демонстрирует, как сочетание искусственного интеллекта, 3D-печати и сенсорных технологий может способствовать селекции растений будущего, помогая тем самым кормить население мира здоровой и вкусной пищей. посевы.

Специалист по данным Крис Армит добавляет: «Ценность печатной 3D-модели заключается в том, что вы можете распечатать несколько копий, по одной на каждое поле сельскохозяйственных культур. В качестве недорогой стратегии фенотипирования, где основные затраты составляют сканер LIDAR, было бы фантастически посмотрите, как этот подход опробуется на других культурах, таких как рис или африканские бесхозные культуры, где существует потребность в недорогих решениях для фенотипирования».