L’IA et l’impression 3D révolutionnent la production alimentaire

Les scientifiques utilisent le balayage laser pour générer des modèles 3D des parties aériennes des plantes de betterave à sucre dans les champs agricoles, faisant avancer les améliorations supportées par l’IA dans les pipelines de culture.

Des recherches récentes illustrent comment l’amélioration des cultures au 21e siècle peut bénéficier des technologies émergentes en intégrant le balayage laser et l’impression 3D pour produire des modèles 3D détaillés des plantes de betterave à sucre.

Cette approche va au-delà de l’utilisation des seules données génétiques pour l’élevage informé, capturant les caractéristiques critiques au-dessus du sol des plantes de betterave à sucre pour les processus d’amélioration des cultures assistés par l’IA.

Accès ouvert et application pratique sur le terrain

Ces modèles reproductibles sont pratiques pour les applications sur le terrain, et toutes les données de recherche, méthodes et fichiers d’impression 3D sont librement accessibles. Cette avancée fournit des outils précieux pour la gestion des cultures et permet à quiconque d’imprimer sa propre plante de betterave à sucre en 3D avec un entretien minimal.

L’élevage moderne des plantes repose désormais largement sur les données, utilisant des algorithmes d’apprentissage automatique et des technologies d’imagerie avancées pour sélectionner des caractères désirables. La “phénotypage des plantes” – la science de la collecte précise d’informations et de mesures sur les plantes – a considérablement progressé ces dernières années.

Auparavant, le phénotypage dépendait de mesures humaines intensives en main-d’œuvre. Aujourd’hui, les pipelines automatisés de phénotypage utilisent de plus en plus la technologie de capteurs de pointe, souvent en exploitant l’intelligence artificielle.

Précision de mesure améliorée et automatisation

Ces mesures peuvent inclure des paramètres tels que la taille, la qualité des fruits, la forme des feuilles et d’autres caractéristiques de croissance. En plus d’améliorer l’efficacité en automatisant le processus de mesure, les capteurs assistés par ordinateur peuvent également capturer des données complexes sur les plantes qui seraient difficiles à collecter à grande échelle pour les humains.

Un facteur critique dans cette ère de l’élevage des cultures piloté par les capteurs est la disponibilité de matériaux de référence précis.

Les capteurs nécessitent des données sur une “plante standard” qui inclut toutes les caractéristiques pertinentes, y compris des traits complexes en trois dimensions comme les angles d’orientation des feuilles. Avoir une “plante artificielle” tangible comme référence à taille réelle est plus avantageux que de se fier uniquement aux données informatiques ou aux représentations plates en 2D.

Un modèle physique peut également servir de référence et de contrôle interne dans une serre ou un champ d’essai parmi les vraies plantes.

Accessibilité et standardisation grâce à l’impression 3D

Le nouveau modèle 3D imprimé d’une plante de betterave à sucre a été conçu en tenant compte de ces applications. Ses fichiers d’impression sont disponibles en téléchargement libre pour permettre aux scientifiques (et à tout amateur de betteraves à sucre) de produire une réplique exacte du modèle de référence.

Cette accessibilité contribue à standardiser la recherche dans différents laboratoires à travers le monde, améliorant ainsi la comparabilité des résultats. De plus, la rentabilité de l’impression 3D rend cette méthode adaptable même dans des environnements à ressources limitées, tels que les pays en développement.

Pour obtenir des données précises pour leur modèle réaliste, Jonas Bömer et son équipe de l’Institut de recherche sur la betterave à sucre (Göttingen) et de l’Université de Bonn ont utilisé la technologie LIDAR (Light Detection and Ranging).

Création et évaluation d’un modèle de betterave à sucre haute fidélité

Ils ont scanné une véritable plante de betterave à sucre avec un laser sous 12 angles différents pour générer des données 3D. Après traitement de ces données, ils les ont entrées dans une imprimante 3D de qualité commerciale pour produire un modèle à taille réelle de la betterave à sucre. L’équipe a ensuite évalué l’efficacité du modèle en tant que point de référence dans des environnements de laboratoire et sur le terrain.

Jonas Bömer explique : Dans le domaine du phénotypage tridimensionnel des plantes, faire référence avec précision aux systèmes de capteurs, aux algorithmes informatiques et aux paramètres morphologiques mesurés est une tâche difficile mais cruciale.

L’utilisation des technologies de fabrication additive pour créer des modèles de référence reproductibles offre une nouvelle méthode pour développer des méthodologies standardisées permettant un référencement précis et objectif, bénéficiant à la fois à la recherche scientifique et à l’amélioration pratique des plantes.

Intégration de l’IA, de l’impression 3D et des capteurs

Cependant, cette méthode ne se limite pas aux betteraves à sucre. De plus, la nouvelle étude publiée dans GigaScience illustre comment la combinaison de l’intelligence artificielle, de l’impression 3D et de la technologie des capteurs peut façonner l’avenir de l’amélioration des plantes, en soutenant la production de cultures saines et savoureuses pour nourrir la population mondiale.

Chris Armit, un scientifique des données chez GigaScience, fait remarquer : “L’avantage d’un modèle 3D imprimable est la capacité de produire plusieurs copies, une pour chaque champ de culture. En tant que stratégie de phénotypage économique, où la principale dépense est le scanner LIDAR, il serait intéressant de voir cette approche appliquée à d’autres cultures, telles que le riz ou les cultures orphelines africaines, qui nécessitent des solutions de phénotypage abordables.”

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Lisez l’article original sur :  Scitech Daily

Pour en savoir plus : Developing Organic Nitrogen Fertilizer to Improve Farming Production.