Como a IA e a Impressão 3D Estão Revolucionando a Produção de Alimentos

Os cientistas utilizam a digitalização a laser para gerar modelos 3D das partes aéreas das plantas de beterraba sacarina em campos agrícolas, impulsionando o avanço de melhorias apoiadas pela IA nos pipelines de colheita.

Uma pesquisa recente ilustra como o melhoramento agrícola do século XXI pode beneficiar das tecnologias emergentes, integrando a digitalização a laser e a impressão 3D para produzir modelos 3D detalhados de plantas de beterraba sacarina.

Esta abordagem vai além da utilização apenas de dados genéticos para o melhoramento informado, capturando as características críticas acima do solo das plantas de beterraba sacarina para processos de melhoramento de culturas assistidos por IA.

Acesso Aberto e Aplicação Prática no Campo

Esses modelos reproduzíveis são práticos para aplicações de campo, e todos os dados de pesquisa, métodos e arquivos de impressão 3D são de acesso livre. Este avanço fornece ferramentas valiosas para o gerenciamento de culturas e permite que qualquer pessoa imprima sua própria planta de beterraba sacarina em 3D com manutenção mínima.

O melhoramento de plantas moderno agora depende fortemente de dados, utilizando algoritmos de aprendizado de máquina e tecnologia de imagem avançada para selecionar características desejáveis. A “fenotipagem de plantas” – a ciência da coleta precisa de informações e medições em plantas – avançou significativamente nos últimos anos.

Anteriormente, a fenotipagem dependia de medições humanas que exigiam muito trabalho. Hoje, os pipelines de fenotipagem automatizada utilizam cada vez mais tecnologia de sensores de ponta, muitas vezes aproveitando a inteligência artificial.

Precisão e automação de medição aprimoradas

Essas medições podem incluir parâmetros como tamanho, qualidade do fruto, formato da folha e outras características de crescimento. Além de melhorar a eficiência ao automatizar o processo de medição, os sensores assistidos por computador também podem capturar dados complexos da planta que seriam um desafio para os humanos coletarem em grande escala.

Um fator crítico nesta era de melhoramento de culturas impulsionado por sensores é a disponibilidade de materiais de referência precisos.

Os sensores exigem dados sobre uma “planta padrão” que inclua todas as características pertinentes, incluindo características tridimensionais complexas, como ângulos de orientação das folhas. Ter uma “planta artificial” tangível como referência em tamanho real é mais vantajoso do que depender apenas de dados de computador ou de representações planas em 2D.

Um modelo físico também pode servir como referência e controle interno dentro de uma estufa ou campo de teste entre plantas reais.

Acessibilidade e Padronização através da Impressão 3D

O recém-criado modelo impresso em 3D de uma planta de beterraba sacarina foi projetado com essas aplicações em mente. Seus arquivos de impressão estão disponíveis gratuitamente para download e reutilização, permitindo que os cientistas (e qualquer entusiasta da beterraba sacarina) produzam uma réplica exata do modelo de referência.

Essa acessibilidade ajuda a padronizar a pesquisa em vários laboratórios em todo o mundo, melhorando a comparabilidade. Além disso, a acessibilidade da impressão 3D torna este método adaptável mesmo em ambientes com recursos limitados, como os países em desenvolvimento.

Para obter dados precisos para seu modelo realista, Jonas Bömer e sua equipe do Instituto de Pesquisa de Beterraba (Göttingen) e da Universidade de Bonn usaram a tecnologia LIDAR (Light Detection and Ranging).

Criando e avaliando um modelo de beterraba sacarina de alta fidelidade

Eles digitalizaram uma planta real de beterraba sacarina com um laser de 12 ângulos diferentes para gerar dados 3D. Depois de processar esses dados, eles os inserem em uma impressora 3D de nível comercial para produzir um modelo em tamanho real da beterraba sacarina. A equipe então avaliou a eficácia do modelo como ponto de referência tanto em laboratório quanto em campo.

Jonas Bömer elabora: No domínio da fenotipagem tridimensional de plantas, referenciar com precisão sistemas de sensores, algoritmos de computador e parâmetros morfológicos medidos é uma tarefa desafiadora, mas crucial.

A utilização de tecnologias de fabricação aditiva para criar modelos de referência reproduzíveis oferece uma nova maneira de desenvolver metodologias padronizadas para referência precisa e objetiva, beneficiando tanto a pesquisa científica quanto o melhoramento prático de plantas.

IA, impressão 3D e integração de sensores

No entanto, este método não se limita à beterraba sacarina. Além disso, o novo estudo publicado na GigaScience ilustra como a combinação de inteligência artificial, impressão 3D e tecnologia de sensores pode moldar o futuro do melhoramento de plantas, apoiando a produção de culturas saudáveis ​​e saborosas para alimentar a população global.

Chris Armit, cientista de dados da GigaScience, comenta: “O benefício de um modelo 3D imprimível é a capacidade de produzir múltiplas cópias, uma para cada campo de cultivo. Como uma estratégia de fenotipagem económica, onde a principal despesa é o scanner LIDAR, seria óptimo ver esta abordagem aplicada a outras culturas, como o arroz ou culturas órfãs africanas, que requerem soluções de fenotipagem acessíveis.”

Leia o Artigo Original: Scitech Daily

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