कैसे AI और 3D प्रिंटिंग हमारे खाद्य उत्पादन के तरीके को बदल रहे है

क्षेत्र प्रयोगों में चुकंदर के लिए 3D-मुद्रित संदर्भ मॉडल शामिल किया गया है। श्रेय: इंस्टीट्यूट ऑफ शुगर बीट रिसर्च, गोटिंगेन

वैज्ञानिकों ने फसल के खेत से चुकंदर के पौधे के ऊपरी हिस्से के 3D मॉडल बनाने के लिए लेजर स्कैनिंग का उपयोग किया है, जो AI-सहायता प्राप्त फसल पाइपलाइन सुधार के विकास में एक कदम आगे है।

21वीं सदी की फसल प्रजनन में नई तकनीकों का उपयोग कैसे किया जा सकता है, इसका एक उदाहरण हाल ही में प्रकाशित शोध से मिलता है, जिसमें लेजर स्कैनिंग और 3D प्रिंटिंग को मिलाकर चुकंदर के पौधे का विस्तृत 3D मॉडल बनाया गया है। बुद्धिमान प्रजनन को निर्देशित करने के लिए आनुवंशिक जानकारी से आगे बढ़ते हुए, यहाँ 3D प्लांट मॉडल चुकंदर के पौधे के ऊपर के हिस्सों की आवश्यक विशेषताओं को कैप्चर करते हैं और इनका उपयोग AI-सहायता प्राप्त फसल सुधार पाइपलाइनों के लिए किया जा सकता है। चुकंदर के पौधे के मॉडल पुनरुत्पादित किए जा सकते हैं और खेत में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। सभी शोध जानकारी, डेटा, कार्यप्रणाली, साथ ही 3D प्रिंटिंग फ़ाइलें मुफ़्त में उपलब्ध हैं। फसल प्रबंधन को बहुत ज़रूरी उपकरण मिल रहे हैं, और, ज़ाहिर है, अब हर कोई अपना खुद का 3D चुकंदर का पौधा प्रिंट कर सकता है! (न्यूनतम रखरखाव की आवश्यकता है।)

लेजर बीम और 3डी प्रिंटिंग से फसलों में सुधार

आधुनिक पादप प्रजनन एक डेटा-केंद्रित उद्यम है, जिसमें वांछित लक्षणों का चयन करने के लिए मशीन

लर्निंग एल्गोरिदम और परिष्कृत इमेजिंग तकनीक शामिल है। "प्लांट फेनोटाइपिंग" - पौधों पर सटीक जानकारी और माप एकत्र करने का विज्ञान - पिछले कुछ वर्षों में बड़े पैमाने पर सुधार देखा गया है। अतीत में, फेनोटाइपिंग मनुष्यों द्वारा किए गए थकाऊ मापों पर निर्भर थी। आज, फेनोटाइपिंग पाइपलाइनें अत्याधुनिक सेंसर तकनीक का उपयोग करके अधिक से अधिक स्वचालित होती जा रही हैं, जिन्हें अक्सर कृत्रिम बुद्धिमत्ता द्वारा सहायता प्रदान की जाती है । लिए गए मापों में आकार, फल की गुणवत्ता, पत्ती का आकार और माप, और अन्य विकास पैरामीटर शामिल हो सकते हैं। स्वचालित पाइपलाइनों को माप कार्य सौंपने से दक्षता लाभ के अलावा, कंप्यूटर-सहायता प्राप्त सेंसर अक्सर एक पौधे के बारे में जटिल जानकारी प्राप्त कर सकते हैं जिसे मनुष्यों के लिए बड़े पैमाने पर इकट्ठा करना बहुत कठिन होगा।

सटीक संदर्भ सामग्री का महत्व

फसल प्रजनन की इस नई, सेंसर-चालित दुनिया में एक महत्वपूर्ण पहलू सटीक संदर्भ सामग्री की उपलब्धता है।

सेंसर को "मानक पौधे" पर डेटा प्रस्तुत करने की आवश्यकता होती है, जिसमें सभी प्रासंगिक विशेषताएं शामिल होती हैं, जिसमें अधिक जटिल, 3-आयामी लक्षण भी शामिल होते हैं जैसे कि जिस कोण पर पत्तियां उन्मुख होती हैं। इसलिए वास्तविक आकार के संदर्भ के रूप में एक वास्तविक "कृत्रिम पौधे" का होना कंप्यूटर में डेटा या एक सपाट, 2D प्रतिनिधित्व होने से बेहतर है। उदाहरण के लिए, एक वास्तविक मॉडल को वास्तविक पौधों के बीच ग्रीनहाउस या परीक्षण क्षेत्र के भीतर संदर्भ और आंतरिक नियंत्रण के रूप में भी शामिल किया जा सकता है।

अनुसंधान के लिए 3D मुद्रित मॉडल

चुकंदर के पौधे का नया 3D-मुद्रित मॉडल इन अनुप्रयोगों को ध्यान में रखते हुए बनाया गया था और इसका अतिरिक्त लाभ यह है कि मुद्रण फ़ाइलें निःशुल्क डाउनलोड और पुनः उपयोग के लिए उपलब्ध हैं। यह अन्य वैज्ञानिकों (और वास्तव में किसी भी चुकंदर के शौकीन) को संदर्भ चुकंदर की एक सटीक प्रतिलिपि बनाने की अनुमति देता है, जिससे दुनिया के विभिन्न हिस्सों में विभिन्न प्रयोगशालाओं द्वारा किए गए शोध अधिक तुलनीय हो जाते हैं। 3D प्रिंटिंग की वहनीयता का यह भी अर्थ है कि इस दृष्टिकोण को संसाधन-विहीन सेटिंग्स में अपनाया जा सकता है, उदाहरण के लिए विकासशील देशों में।

LIDAR के साथ डेटा संग्रहण

अपने यथार्थवादी मॉडल के लिए सटीक डेटा एकत्र करने के लिए, लेखकों - जोनास बोमर और शुगर बीट रिसर्च संस्थान (गोटिंगेन) और बॉन विश्वविद्यालय के सहयोगियों - ने LIDAR (लाइट डिटेक्शन एंड रेंजिंग) तकनीक का उपयोग किया।

संक्षेप में, एक असली चुकंदर के पौधे को लेजर द्वारा स्कैन किया गया ताकि 12 अलग-अलग देखने के कोणों से 3D डेटा बनाया जा सके। प्रसंस्करण चरणों के बाद, इस डेटा को फिर एक वाणिज्यिक-ग्रेड 3D प्रिंटर में डाला गया ताकि चुकंदर का वास्तविक आकार का मॉडल बनाया जा सके। फिर लेखकों ने प्रयोगशाला और क्षेत्र में संदर्भ बिंदु के रूप में इसके इच्छित उपयोग के लिए मॉडल का परीक्षण किया।

जोनास बोमर बताते हैं: "तीन-आयामी प्लांट फेनोटाइपिंग के क्षेत्र में, उपयोग किए गए सेंसर सिस्टम, कंप्यूटर एल्गोरिदम और कैप्चर किए गए मॉर्फोलॉजिकल मापदंडों का संदर्भ एक चुनौतीपूर्ण लेकिन मौलिक रूप से महत्वपूर्ण कार्य है। पुनरुत्पादनीय संदर्भ मॉडल की पीढ़ी के लिए एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों का अनुप्रयोग वस्तुनिष्ठ और सटीक संदर्भ के लिए मानकीकृत कार्यप्रणाली विकसित करने का एक नया अवसर प्रस्तुत करता है, जिससे वैज्ञानिक अनुसंधान और व्यावहारिक प्लांट ब्रीडिंग दोनों को लाभ होता है।"

भविष्य के अनुप्रयोग और लाभ

यह दृष्टिकोण केवल चुकंदर तक ही सीमित नहीं है, और गीगासाइंस का नया अध्ययन दर्शाता है कि कैसे कृत्रिम बुद्धिमत्ता, 3डी प्रिंटिंग और सेंसर प्रौद्योगिकी का संयोजन भविष्य के पौधों के प्रजनन में योगदान दे सकता है - और इस प्रकार विश्व की आबादी को स्वस्थ, स्वादिष्ट फसलों का भोजन उपलब्ध कराने में मदद कर सकता है।

गीगासाइंस के डेटा वैज्ञानिक क्रिस आर्मिट कहते हैं: "प्रिंट करने योग्य 3D मॉडल का मूल्य यह है कि आप कई प्रतियाँ प्रिंट कर सकते हैं, एक फ़सल के हर खेत के लिए। कम लागत वाली फेनोटाइपिंग रणनीति के रूप में, जहाँ मुख्य लागत LIDAR स्कैनर की है, इस दृष्टिकोण को चावल या अफ़्रीकी अनाथ फ़सलों जैसी अन्य फ़सलों पर परखते हुए देखना शानदार होगा, जहाँ कम लागत वाले फेनोटाइपिंग समाधानों की ज़रूरत है।"