今天的作物育種者正在努力提高產(chǎn)量，同時(shí)還要準(zhǔn)備作物以抵御惡劣天氣和氣候變化。為了取得成功，他們必須在作物植物的DNA中找到高產(chǎn)，耐寒性狀的基因。伊利諾伊大學(xué)開發(fā)的機(jī)器人在大草原上找到這些眾所周知的針頭，被機(jī)器人：科學(xué)與系統(tǒng)的最佳系統(tǒng)論文獎(jiǎng)所認(rèn)可，這是上周在匹茲堡舉行的卓越機(jī)器人會(huì)議。

“真正需要加速育種以滿足全球糧食需求，”首席研究員Girish Chowdhary說，他是伊利諾伊州農(nóng)業(yè)與生物工程系和協(xié)調(diào)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人助理教授。“在非洲，人口將在2050年增加一倍以上，但今天的產(chǎn)量僅為其潛力的四分之一。”

作物育種者進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，比較了數(shù)百種不同品種或數(shù)量的作物超過數(shù)百英畝，并手工測(cè)量植物出苗或高度等關(guān)鍵性狀。這項(xiàng)任務(wù)費(fèi)用昂貴，耗時(shí)，不準(zhǔn)確，最終不足 - 團(tuán)隊(duì)只能手動(dòng)測(cè)量田地中的一小部分植物。

“缺乏測(cè)量植物性狀的自動(dòng)化是進(jìn)步的瓶頸，”第一作者Erkan Kayacan說，他現(xiàn)在是麻省理工學(xué)院的博士后研究員。“但是很難制造能夠自主計(jì)算植物的機(jī)器人系統(tǒng)：田地很大，數(shù)據(jù)可能很嘈雜(與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集不同)，機(jī)器人必須在挑戰(zhàn)性的冠下環(huán)境中保持緊密排列。”

伊利諾斯州的13英寸寬，24磅重的TerraSentia機(jī)器人可移動(dòng)，緊湊且自主。它使用一套傳感器(攝像頭)，算法和深度學(xué)習(xí)從上到下捕獲每個(gè)植物。根據(jù)本次會(huì)議的報(bào)告，研究人員使用轉(zhuǎn)移學(xué)習(xí)方法教TerraSentia計(jì)算僅有300張圖像的玉米植物。

“一個(gè)挑戰(zhàn)是植物的間距不等，所以假設(shè)單個(gè)植物在相機(jī)框架中是不夠好的，”共同作者，農(nóng)業(yè)消費(fèi)者與環(huán)境科學(xué)學(xué)院研究生張忠忠說。 ACES)。“我們開發(fā)了一種方法，利用攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)來調(diào)整不同的植物間距，這導(dǎo)致了一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)大的系統(tǒng)，用于計(jì)算不同領(lǐng)域的植物，具有不同的變化間距和不同的速度。”

這項(xiàng)工作得到了高級(jí)研究機(jī)構(gòu)能源(ARPA-E)的支持，作為Carl R. Woese基因組生物學(xué)研究所TERRA-MEPP項(xiàng)目的一部分。該機(jī)器人現(xiàn)在可通過初創(chuàng)公司EarthSense，Inc。獲得，該公司為機(jī)器人配備了先進(jìn)的自主權(quán)和工廠分析功能。

TERRA-MEPP是一個(gè)研究項(xiàng)目，正在開發(fā)一種低成本的表型機(jī)器人，以確定由伊利諾伊大學(xué)與康奈爾大學(xué)和Signetron公司合作領(lǐng)導(dǎo)的表現(xiàn)最佳的作物，并得到高級(jí)研究計(jì)劃署 - 能源的支持(ARPA- E)。