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I fisici dell’Università tecnica della Danimarca e il raccoglitore di frutta più piccolo al mondo controllato dall’intelligenza artificiale (AI)

 
La mietitrice controllata dall’intelligenza artificiale potrebbe avere grandi implicazioni per la sostenibilità energetica
 

I fisici dell’Università tecnica della Danimarca hanno sviluppato il raccoglitore di frutta più piccolo al mondo controllato dall’intelligenza artificiale (AI), che consente a un raccoglitore di misurare solo pochi micron. 

Kaare Hartvig Jensen, professore associato presso DTU Physics, ha deciso di ridurre la necessità di raccolta, trasporto e lavorazione delle colture per la produzione di biocarburanti, prodotti farmaceutici e altri prodotti. Le sostanze che vengono estratte sono chiamate metaboliti vegetali e il nuovo metodo elimina la necessità di processi chimici e meccanici. 

La ricerca è stata pubblicata su Plant Physiology . 

Metaboliti vegetali
I metaboliti delle piante hanno una vasta gamma di sostanze chimiche cruciali e quelle come l’artemisinina, un farmaco contro la malaria, hanno proprietà terapeutiche. Altri, come la gomma naturale o il biocarburante dalla linfa degli alberi, hanno proprietà meccaniche. 

La maggior parte dei metaboliti vegetali sono isolati in singole cellule e il metodo di estrazione dei metaboliti è importante dato che la procedura influisce sulla purezza e sulla resa del prodotto. Il processo di estrazione prevede la macinazione, la centrifugazione e il trattamento chimico con l’uso di solventi, il che provoca un inquinamento che comporta elevati costi di lavorazione finanziari e ambientali. 

“Tutte le sostanze sono prodotte e immagazzinate all’interno delle singole cellule della pianta. Ecco dove devi entrare se vuoi il materiale puro. Quando raccogli l’intera pianta o separi il frutto dai rami, raccogli anche un sacco di tessuto che non contiene la sostanza che ti interessa”, afferma Kaare Hartvig Jensen.

“Quindi ci sono due prospettive. Se vuoi estrarre le sostanze pure, devi farlo cellula per cellula. E quando puoi farlo, come abbiamo mostrato, non devi raccogliere la pianta. Quindi puoi mettere il robottino e può funzionare senza danneggiare l’impianto”, continua Kaare. 

A partire da ora, la mietitrice viene utilizzata con piante e foglie, ma il team vede che funzionerà su scala più ampia in futuro. Se tutto funziona come previsto, il nuovo approccio potrebbe creare una nuova fonte di biomassa e stabilire una nuova area di produzione di energia sostenibile.

Una potenziale applicazione in futuro potrebbe essere quella di utilizzare la tecnologia per attingere energia dagli alberi.

“Nelle foreste del Canada settentrionale e della Russia, ci sono foreste di abeti rossi con circa 740 miliardi di alberi completamente intatti. È circa il 25% del numero totale di alberi sul pianeta. Sviluppando questa tecnologia, possiamo sfruttare gli alberi per lo zucchero e produrre biocarburante senza abbattere o danneggiare gli alberi”, spiega Kaare.

Il raccoglitore cerca cellule nei frutti e nelle foglie con un diametro di 100 micron e la parte superiore dell’ago ha un diametro di circa 10 micron.

 Magnus Valdemar Paludan è uno studente di dottorato presso DTU Physics che ha creato il sistema di analisi delle immagini, riconoscimento delle immagini e controllo dei robot.

“È tutto fatto con una fotocamera per microscopio. Per cominciare, ho contrassegnato manualmente i pixel sulle immagini al microscopio che mostrano le cellule che il robot raccoglierà. Queste informazioni possono essere utilizzate per addestrare un computer a trovare cellule simili in nuove immagini”, afferma Magnus.

 AI e apprendimento automatico Machine
La nuova tecnologia si basa sull’apprendimento automatico e sulla rete neurale preesistente di GoogLeNet. La rete è in grado di riconoscere strutture microscopiche ed eseguire analisi avanzate delle immagini. 

“Abbiamo utilizzato una tecnica chiamata transfer learning , in cui si utilizza la capacità della rete neurale esistente di riconoscere diversi oggetti in un’immagine. Mostrando al computer una serie di nuove immagini con le cellule contrassegnate manualmente, siamo riusciti a regolare i parametri della rete in modo che riconosca le cellule microscopiche ricche di metaboliti”, afferma Magnus.

“Il raccoglitore può quindi entrare e scattare una foto della foglia con la fotocamera del microscopio, farla scorrere attraverso il software e riconoscere le cellule di cui ha bisogno per raccogliere. Successivamente, può estrarre automaticamente le sostanze chimiche utilizzando un microrobot, mentre il resto della pianta rimane indisturbato”, spiega Magnus.

 

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