人工智能和3D打印如何改变我们种植食物的方式

甜菜的 3D 打印参考模型被纳入田间试验。图片来源：哥廷根甜菜研究所

除了利用遗传信息指导智能育种之外，三维植物模型还捕捉到了甜菜植物地上部分的基本特征，可用于人工智能辅助作物改良管道。甜菜植物模型具有可重复性，适合田间使用。所有研究信息、数据、方法以及 3D 打印文件均可免费获取。作物管理获得了急需的工具，当然，现在每个人都可以打印自己的三维甜菜植物！(最低维护要求）。

现代植物育种是一项以数据为中心的事业，涉及机器学习算法和复杂的成像技术，以选择理想的性状。"植物表型"是一门收集植物精确信息和测量数据的科学，在过去几年中取得了巨大进步。

过去，表型分析依赖于人类乏味的测量。如今，表型分析管道的自动化程度越来越高，采用了最先进的传感器技术，通常还有人工智能辅助。测量内容包括大小、果实质量、叶片形状和大小以及其他生长参数。将测量工作移交给自动化流水线不仅能提高效率，计算机辅助传感器通常还能捕捉到人类难以大规模收集的植物复杂信息。

在这个由传感器驱动的作物育种新世界中，一个至关重要的方面就是精确参考材料的可用性。

传感器需要获得包含所有相关特征的"标准植物"的数据，包括更复杂的三维特征，如叶子的方向角度。因此，有一个实际的"人造植物"作为真实尺寸的参照物，要比仅有计算机中的数据或平面、二维的表示更可取。例如，还可以将实际模型作为温室或试验场中真实植物的参考和内部控制。

新的甜菜植物 3D 打印模型就是在考虑到这些应用的情况下生成的，它还有一个额外的优势，即打印文件可供免费下载和重复使用。这样，其他科学家（以及任何甜菜爱好者）就可以重新制作参考甜菜的精确副本，从而使世界各地不同实验室所做的研究更具可比性。3D打印技术的可负担性还意味着这种方法可以在资源匮乏的环境中使用，例如在发展中国家。

为了为他们的现实模型收集精确的数据，作者--约纳斯-伯默（Jonas Bömer）及其来自哥廷根甜菜研究所和波恩大学的同事--使用了激光雷达（光探测和测距）技术。

简而言之，通过激光扫描真实的甜菜植物，从 12 个不同的视角创建三维数据。经过处理步骤后，这些数据被输入商业级三维打印机，以创建实际大小的甜菜模型。作者随后在实验室和实地测试了该模型的预期用途。

Jonas Bömer 解释说："在三维植物表型领域，利用传感器系统、计算机算法和捕获的形态参数进行参照是一项具有挑战性但又非常重要的任务。应用快速成型技术生成可重现的参考模型，为开发客观、精确的标准化参考方法提供了新的机遇，从而有利于科学研究和实际植物育种。"

当然，这种方法并不局限于甜菜，GigaScience的这项新研究展示了人工智能、3D 打印和传感器技术的结合如何促进未来的植物育种，从而帮助世界人口获得健康、美味的作物。

GigaScience 数据科学家 Chris Armit 补充说："可打印三维模型的价值在于您可以打印多份，每块作物田打印一份。作为一种低成本表型策略，其主要成本是激光雷达扫描仪，如果能在水稻或非洲孤儿作物等其他需要低成本表型解决方案的作物上测试这种方法，那将会非常棒。"

编译自/scitechdaily