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人工智能可以引領現代農業的未來嗎

2019年07月04日 15:21來源:未知手機版

閻王殿,炎龍傳說1,6月5日

使植物味道好的原因是什么?對于麻省理工學院媒體實驗室的科學家來說,這需要植物學、人工智能算法和一些老式的化學知識的結合。

利用以上這些知識,媒體實驗室開放農業項目的研究人員報告說,他們已經在不涉及基因編譯的情況下種植出了你從未吃過的美味羅勒(一種西餐調味植物)。研究人員使用計算機算法來確定最佳的生長條件,以最大限度地提高被稱為揮發性化合物的風味分子的濃度。

但這僅僅是 網絡農業 新領域的開始,麻省理工學院媒體實驗室的首席研究科學家、開放農業集團的董事卡萊布 哈珀說。他的小組目前正在致力于提高草藥治療人類疾病的特性,他們還希望通過研究作物在不同條件下的生長方式,幫助種植者適應變化的氣候。

哈珀說: 我們的目標是在數據采集、傳感和機器學習的交叉領域設計開源技術,并以一種前所未有的方式將其應用到農業研究中。 我們真的對構建網絡化工具很感興趣,這些工具可以利用植物的生長過程信息、表型生物特征、所遇到的外界環境刺激及其遺傳學特性,并數字化,使我們能夠理解植物與環境的相互作用。

研究人員在4月3日出版的《公共科學圖書館》期刊中,描述了對羅勒植物的研究新發現,讓他們吃驚的是,每天24小時將植物暴露在光照下能產生最好的味道。開放農業集團的研究負責人、該研究的作者約翰 德拉帕拉說,傳統的農業技術永遠不會產生這種見解。

你不可能以任何其他方式發現這一點。除非你在南極洲,否則沒有一個24小時的光周期可以在現實世界中進行測試, 他說。 你必須有人為的環境才能發現這一點。

本文的高級作者是哈珀和奧斯汀德克,以及薩斯大學計算機科學教授里斯托 米庫萊恩。媒體實驗室的主任研究員阿里爾 約翰遜和認知技術解決方案的艾略特 梅爾森是主要作者,開放農業項目的特別項目助理蒂莫西 薩瓦斯也是作者之一。

最大化風味 在麻省理工學院貝茨實驗室的一個倉庫中,開放農業集團的工廠是在經過改裝的船運集裝箱中種植的,因此可以小心地控制環境條件,包括光照、溫度和濕度。

哈珀說,這種農業有很多名字 環境控制農業、垂直農業、城市農業 仍然是一個利基市場,但發展迅速。在日本,這樣的 植物工廠 每周生產數十萬棵生菜。然而,也有許多失敗的案例,而且在致力于開發這類設施的公司之間很少有信息共享。

麻省理工學院倡議的一個目標是通過讓所有的開放農業集團硬件、軟件和數據自由共用,來克服這種信息隔絕。

哈珀說: 目前農業領域存在一個大問題,即缺乏公開數據、缺乏數據收集標準以及缺乏數據共享。 因此,盡管機器學習、人工智能和先進的算法技術進展如此之快,但收集質量良好、有意義的農業數據卻遠遠落后。我們的工具是開放源代碼的,希望它們能夠更快地傳播,并創造共享科研的能力。

在《公共科學圖書館》刊載的一項研究中,麻省理工學院的研究小組著手證明其方法的可行性,即在他們稱之為 食品計算機 的水培環境中,在不同條件下種植植物。這種方法允許他們改變光照持續時間和紫外線照射持續時間。一旦植物長滿了,研究人員就用傳統的分析化學技術,如氣相色譜法和質譜法,通過測量葉子中揮發性化合物的濃度來評估羅勒的味道。這些分子包括有價值的營養素和抗氧化劑,因此增強風味也對健康有益。

然后,所有來自植物實驗的信息被輸入到麻省理工學院認知團隊開發的機器學習算法中。這些算法評估了數以百萬計的光照和紫外線持續時間的可能組合,并生成了一組可以最大限度地增加味道的條件,包括24小時日光制度。

除了口味之外,研究人員現在正致力于開發含有更多化合物的羅勒植物,這些化合物有助于防治糖尿病等疾病。眾所周知,羅勒和其他植物含有有助于控制血糖的化合物,在之前的研究中,德拉帕拉的實驗已經表明,這些化合物可以通過不同的環境條件得到增強。

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