يشكل تغير المناخ تحديات خطيرة للمربين. يساعدهم الروبوت الميداني الذكي وتقنية الأشعة السينية على اختيار عينات مصنع مقاومة للحرارة للاختيار. تم تطوير المستشعرات في الجهاز عالي التقنية من قبل مركز فراونهوفر لتطوير تكنولوجيا الأشعة السينية ، وهو قسم من معهد فراونهوفر للدوائر المتكاملة. بوابة Phys.org.
الصيف يزداد سخونة. هذا الصيف وحده ، شهدت ألمانيا حرارة شديدة ، حيث وصلت درجات الحرارة إلى 40 درجة مئوية. كما أثر الجفاف على النباتات.
مع وجود إمدادات كافية من الماء ، يمكن تبريد النباتات عن طريق التبخر. ومع ذلك ، لا يمكنهم القيام بذلك عندما يتعرضون للتوتر بسبب الجفاف. لهذا السبب يأمل المربون في تطوير نباتات تتحمل الحرارة والجفاف ويمكن أن تعيش على كميات أقل من المياه وتنتج محاصيل جيدة بينما تتطلب أقل كمية ممكنة من الأسمدة والمبيدات.
يتلقى المربون الدعم من الباحثين في Fraunhofer EZRT ، حيث تم إجراء البحوث لسنوات عديدة على تقنيات تحديد الأنماط الظاهرية للنبات. يشير هذا إلى مظهرها ، والذي يتضمن العديد من العوامل مثل حجم الورقة وموضع الورقة وسمك الجذر والمحصول. يوضح الدكتور ستيفان غيرت ، رئيس قسم AMS في مركز فراونهوفر لتطوير تقنية الأشعة السينية: "لقد اختار الناس المحاصيل بناءً على الخصائص الخارجية لآلاف السنين". "نحن نعمل على تطوير تقنيات لقياس هذه الخصائص المظهرية بشكل موضوعي وتحسين التربية بناءً على هذه البيانات."
قام فريق بحثي بقيادة الدكتور غيرت بتطوير DeBiFix ، وهو روبوت ميداني للزراعة. إنه قادر على أخذ الأشعة السينية للنباتات بشكل مستمر. في نفس الوقت ، يقوم بإنشاء صور ثلاثية الأبعاد باستخدام نظام بصري. هذه معلومات مهمة للمربي - فهي تسمح له ، في الواقع ، بالنظر داخل آذان القمح أو تحت شجيرة البطاطس وتحديد ما إذا كان الصنف الذي يزرعونه ينتج محصولًا جيدًا.
إن أهم هدف لمشروع Fraunhofer للزراعة الذكية الأقاليمي هو دعم المربين. في إطاره ، تم افتتاح مركز Fraunhofer Plant Phenotyping Technology Center في تريسدورف ، بافاريا. في هذه المرحلة ، يعتزم الدكتور غيرت وزملاؤه تطوير التجربة وتطبيقها في الحياة الواقعية.
في غرفة المختبر الخاصة بالأنماط الظاهرية للنبات في ظل ظروف يتم التحكم فيها بالمناخ في Fraunhofer EZRT في فورث ، يوضح الدكتور غيرت كيف سيعمل المربون في المستقبل. على حزام ناقل ضيق أمام وحدة الأشعة السينية ، يتم ترتيب أواني النباتات المزروعة المتنوعة في صفوف مرتبة. ينفتح باب جهاز الأشعة السينية وينزلق وعاء للداخل. بمجرد أن يغلق الباب ، يخضع الوعاء لفحص بالأشعة المقطعية.
يقول الدكتور غيرت: "منذ أكثر من عقد من الزمان ، بدأنا تصوير نباتات البطاطس بالأشعة السينية للحصول على معلومات حول نمو الدرنات". "استنادًا إلى الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد ، يمكننا تحديد وزن الدرنات دون حفرها." تُستخدم هذه العملية في مهام مثل اختيار أصناف تتحمل الحرارة بشكل خاص. لهذا الغرض ، يتم وضع النباتات في المختبر تحت ظروف الإجهاد الحراري. ثم يكشف المسح عن النباتات الأكثر فاعلية في التعامل مع الإجهاد ، وإنتاج درنات قوية على الرغم من الحرارة.
في حين أن عمليات التصوير المقطعي المحوسب الأولى يمكن أن تظهر فقط من خلال الجذور والدرنات السميكة ، يمكن للأنظمة الأحدث أيضًا التقاط البنية الدقيقة تحت الأرض لجذور القمح. يقول الدكتور غيرت: "إن جهاز الأشعة السينية الجديد الخاص بنا هو النظام الأكثر تقدمًا وقوة لمسح أجزاء المصنع تحت الأرض".
يقوم الباحثون في Fraunhofer EZRT أيضًا بتصوير رقمي ثلاثي الأبعاد لأجزاء من النباتات الموجودة فوق الأرض ، مثل أوراق وأذن القمح. يمكن استخدام هذه البيانات ليس فقط لتحديد مساحة الورقة - توفر الصور ثلاثية الأبعاد أيضًا معلومات حول تحمل الحرارة للنبات. هل يرفع النبات أوراقه ليقي نفسه من أشعة الشمس؟ هل تتجعد الأوراق بسبب الإجهاد؟
تم توضيح أداء أنظمة التعرف البصري على المصنع Fraunhofer EZRT بوضوح في مجال الاختبار لشركة البذور Strube D&S GmbH. في هذه الحالة ، تم استخدام النموذج الأولي الثاني لـ BlueBob ، وهو روبوت ميداني يتحرك بشكل مستقل ويقوم تلقائيًا بإزالة الأعشاب الضارة في حقول بنجر السكر. يتنقل بين الصفوف ، ويسجل صورًا لجميع النباتات الحية باستخدام كاميرات متعددة الأطياف.
"مع مساعدة من الذكاء الاصطناعي يشرح كريستيان هوجل ، رئيس المركز التقني لأبحاث البذور في ستروب ، "النمط الظاهري لكل نبات فردي يتم تحليله وتصنيفه على أنه إما حشائش أو بنجر".
سيكون أحد مجالات العمل الرئيسية في المركز الجديد في تريسدورف هو معالجة البيانات التي تم الحصول عليها أثناء التنميط الظاهري. "هدفنا الرئيسي هو استخدام تقنيتنا لدعم الشركات الصغيرة والمتوسطة مربي النباتات"، يؤكد الدكتور غيرت.