科學(xué)家正在研究3D打印甜菜：植物表型分析的新工具

導(dǎo)讀：德國科學(xué)家正在使用激光掃描生成甜菜的3D打印模型，在開發(fā)人工智能輔助作物管道改進(jìn)方面邁出了一步。

△該研究的題目為“3D打印植物模型，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的3D植物表型分析”（傳送門）

2024年6月26日，南極熊獲悉，德國Göttingen甜菜研究所的科學(xué)家與波恩大學(xué)（University of Bonn）合作開發(fā)了一種3D打印植物模型，以提高表型分析的準(zhǔn)確性和可靠性。農(nóng)業(yè)表型分析包括觀察和分析植物，以預(yù)測其在特定環(huán)境中的狀態(tài)。這一過程反映了植物的遺傳信息與環(huán)境之間的相互作用，對于確定具有最佳屬性的植物從而優(yōu)化種植至關(guān)重要。

△用于（A）溫室和（B）田間試驗(yàn)的甜菜3D打印參考模型

3D打印農(nóng)作物用于科學(xué)研究

以前，表型分析依賴人工測量，這對農(nóng)作物來說既繁瑣又具有侵入性。然而，各種技術(shù)的出現(xiàn)使這一過程實(shí)現(xiàn)了自動化。傳感器、光譜相機(jī)和人工智能現(xiàn)在已普遍用于表型分析�，F(xiàn)在，這些工具將與甜菜的3D打印模型相結(jié)合，作為進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量和效率的范例。

模型的參考數(shù)據(jù)取自溫室條件下的實(shí)際甜菜植物。使用激光雷達(dá)（LiDAR）掃描儀從12個角度獲取3D數(shù)據(jù)，創(chuàng)建精確的點(diǎn)云。這些數(shù)據(jù)隨后被用于創(chuàng)建在FDM打印機(jī)上打印的3D文件。雖然現(xiàn)階段的研究有一定的簡單性，但三維模型的優(yōu)勢是顯著的。

△（A）現(xiàn)場機(jī)器人表型分析平臺，配備（B）2臺激光線掃描儀（LMI Gocator 2490）和（C）20臺DSLM相機(jī)（尼康Z7）

首先，作物預(yù)測將得到改善。為了獲得作物狀態(tài)的完整信息，農(nóng)業(yè)需要傳感器將葉片大小、果實(shí)質(zhì)量、葉片傾斜角度、形狀等數(shù)據(jù)數(shù)字化。獲得這些數(shù)據(jù)后，在人工智能的幫助下，使用特定的軟件生成完整的報告和預(yù)測模型。這樣，農(nóng)民就可以在適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行干預(yù)。不過，要進(jìn)行這樣的預(yù)測，系統(tǒng)需要參考什么是"典范"植物，這就是3D打印模型發(fā)揮作用的地方。

△3D打印甜菜模型

事實(shí)上，與以前簡單的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相比，植物的物理模型有助于使結(jié)果更加準(zhǔn)確。該研究的主要作者Jonas Bömer解釋說：“在三維植物表型領(lǐng)域，對所使用的傳感器系統(tǒng)、計算機(jī)算法和捕獲的形態(tài)參數(shù)進(jìn)行參照是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性但又非常重要的任務(wù)。應(yīng)用3D打印技術(shù)生成可重現(xiàn)的參考模型，為開發(fā)客觀準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)化參考方法提供了新的思路，從而有利于科學(xué)研究和實(shí)際植物育種工作。”

這項(xiàng)研究的原理并不局限于甜菜。人工智能、傳感器技術(shù)和3D打印技術(shù)的結(jié)合可以應(yīng)用于任何植物，從而更好地監(jiān)測作物�？茖W(xué)家們表示，整個研究是開放式的，并邀請其它實(shí)驗(yàn)室和感興趣的各方來實(shí)施不同的模型。

最后，農(nóng)業(yè)技術(shù)正在不斷進(jìn)步。近年來，無人機(jī)、農(nóng)用機(jī)器人、掃描儀、精準(zhǔn)播種機(jī)和人工智能等工具的應(yīng)用大幅增加。這些創(chuàng)新技術(shù)主要提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，促進(jìn)了智能化管理實(shí)踐。這項(xiàng)研究證明了這一點(diǎn)，