Modelo de raiz de beterraba sacarina em um teste de campo
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Um modelo de referência impresso em 3D para beterraba sacarina está incluído em experimentos de campo. Crédito: Instituto de Pesquisa da Beterraba Açucareira, Göttingen

Os cientistas usam a digitalização a laser para gerar modelos 3D das partes acima do solo da planta de beterraba sacarina a partir de um campo de cultivo, proporcionando um passo em frente no desenvolvimento de melhorias no pipeline de colheita assistido por IA.

Uma demonstração de como as novas tecnologias podem ser usadas no melhoramento de culturas do século XXI vem de uma pesquisa recentemente publicada que combina digitalização a laser e impressão 3D para criar um modelo 3D detalhado de uma planta de beterraba sacarina. Dando o próximo passo além de ter informações genéticas para orientar o melhoramento inteligente, os modelos de plantas 3D aqui capturam as características essenciais das partes acima do solo da planta de beterraba sacarina e podem ser usados ​​para pipelines de melhoramento de culturas assistidos por IA. Os modelos de plantas de beterraba sacarina são reprodutíveis e adequados para uso em campo. Todas as informações da pesquisa, dados, metodologia, bem como os arquivos de impressão 3D estão disponíveis gratuitamente. O gerenciamento de culturas está ganhando ferramentas muito necessárias e, claro, agora todos podem imprimir sua própria planta de beterraba sacarina em 3D! (Manutenção mínima necessária.)

Melhorando as colheitas com raios laser e impressão 3D

O melhoramento de plantas moderno é um empreendimento centrado em dados, envolvendo aprendizado de máquina algoritmos e tecnologia de imagem sofisticada para selecionar características desejáveis. A “fenotipagem de plantas” – a ciência que consiste na recolha de informações e medições precisas sobre plantas – registou enormes melhorias nos últimos anos.

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No passado, a fenotipagem dependia de medições feitas tediosamente por humanos. Hoje, os pipelines de fenotipagem estão se tornando cada vez mais automatizados, utilizando tecnologia de sensores de última geração, muitas vezes auxiliada por inteligência artificial. As medições feitas podem incluir tamanho, qualidade do fruto, formato e tamanho das folhas e outros parâmetros de crescimento. Além dos ganhos de eficiência decorrentes da transferência do trabalho de medição para tubulações automatizadas, sensores assistidos por computador podem muitas vezes capturar informações complexas sobre uma planta que seriam muito difíceis de serem coletadas por humanos em grande escala.

Importância do material de referência preciso

Um aspecto crucial neste novo mundo de melhoramento de culturas, orientado por sensores, é a disponibilidade de material de referência preciso.

Os sensores precisam receber dados sobre uma “planta padrão” que abranja todas as características relevantes, incluindo também características tridimensionais mais complexas, como o ângulo em que as folhas são orientadas. Ter uma “planta artificial” real como referência em tamanho real é, portanto, preferível a ter apenas dados no computador ou uma representação plana em 2D. Um modelo real pode, por exemplo, também ser incluído como referência e controle interno dentro de uma estufa ou campo de teste entre as plantas reais.

Modelo impresso em 3D para pesquisa

O novo modelo impresso em 3D de uma planta de beterraba sacarina foi gerado com essas aplicações em mente e tem a vantagem adicional de que os arquivos de impressão estão disponíveis para download gratuito e reutilização. Isto permite que outros cientistas (e qualquer entusiasta da beterraba sacarina, na verdade) recriem uma cópia exata da beterraba sacarina de referência, tornando mais comparáveis ​​as pesquisas feitas por diferentes laboratórios em diferentes partes do mundo. A acessibilidade da impressão 3D também significa que a abordagem pode ser adaptada em ambientes com poucos recursos, por exemplo, em países em desenvolvimento.

Coleta de dados com LIDAR

Para reunir os dados precisos para o seu modelo realista, os autores – Jonas Bömer e colegas do Instituto de Pesquisa da Beterraba Açucareira (Göttingen) e da Universidade de Bonn – usaram a tecnologia LIDAR (Light Detection and Ranging).

Resumindo, uma planta real de beterraba sacarina foi escaneada por um laser para criar dados 3D de 12 ângulos de visão diferentes. Após as etapas de processamento, esses dados foram inseridos em uma impressora 3D de nível comercial para criar o modelo real em tamanho real da beterraba sacarina. Os autores então testaram o modelo para o uso pretendido como ponto de referência, no laboratório e no campo.

Jonas Bömer explica: “No campo da fenotipagem tridimensional de plantas, a referência dos sistemas de sensores utilizados, algoritmos de computador e parâmetros morfológicos capturados representa uma tarefa desafiadora, mas de fundamental importância. A aplicação de tecnologias de fabricação aditiva para a geração de modelos de referência reproduzíveis apresenta uma nova oportunidade para desenvolver metodologias padronizadas para referência objetiva e precisa, beneficiando assim tanto a pesquisa científica quanto o melhoramento prático de plantas.”

Aplicações e benefícios futuros

A abordagem não se restringe, evidentemente, à beterraba sacarina, e a nova GigaCiência estudo demonstra como a combinação de inteligência artificial, impressão 3D e tecnologia de sensores pode contribuir para o melhoramento de plantas do futuro — ajudando assim a alimentar a população mundial com culturas saudáveis ​​e deliciosas.

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O cientista de dados da GigaScience, Chris Armit, acrescenta: “O valor de um modelo 3D imprimível é que você pode imprimir várias cópias, uma por campo de cultivo. Como uma estratégia de fenotipagem de baixo custo, onde o principal custo é o scanner LIDAR, seria fantástico ver esta abordagem testada em outras culturas, como o arroz ou culturas órfãs africanas, onde há necessidade de soluções de fenotipagem de baixo custo.”

Referências:

“Um modelo de planta impresso em 3D para fenotipagem de plantas em 3D precisa e confiável” 19 de junho de 2024, GigaCiência.
DOI: 10.1093/gigascience/giae035

“Dados de apoio para ‘Um modelo de planta impresso em 3D para fenotipagem de plantas em 3D precisa e confiável’” 19 de junho de 2024, Banco de dados GigaScience.
DOI: 10.5524/102530



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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.