人工智能引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的未來
在《公共科學(xué)圖書館》刊載的一項(xiàng)研究中,麻省理工學(xué)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(jì)算機(jī)”的水培環(huán)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(xù)時(shí)間和紫外線照射持續(xù)時(shí)間。一旦植物長(zhǎng)滿了,研究人員就用傳統(tǒng)的分析化學(xué)技術(shù),如氣相色譜法和質(zhì)譜法,通過測(cè)量葉子中揮發(fā)性化合物的濃度來評(píng)估羅勒的味道。這些分子包括有價(jià)值的營養(yǎng)素和抗氧化劑,因此增強(qiáng)風(fēng)味也對(duì)健康有益。
然后,所有來自植物實(shí)驗(yàn)的信息被輸入到麻省理工學(xué)院認(rèn)知團(tuán)隊(duì)開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法中。這些算法評(píng)估了數(shù)以百萬計(jì)的光照和紫外線持續(xù)時(shí)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(shí)日光制度。
除了口味之外,研究人員現(xiàn)在正致力于開發(fā)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(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明,這些化合物可以通過不同的環(huán)境條件得到增強(qiáng)。
研究人員目前正在研究調(diào)整其他環(huán)境變量的影響,如溫度、濕度和光的波長(zhǎng),以及添加植物激素或營養(yǎng)素的影響。在一項(xiàng)研究中,他們將植物暴露在殼聚糖(一種存在于昆蟲殼中的聚合物)中,殼聚糖使植物產(chǎn)生不同的化合物來抵御昆蟲的攻擊。
他們也有興趣使用他們的方法來增加藥用植物的產(chǎn)量,如馬達(dá)加斯加長(zhǎng)春花,這是抗癌化合物長(zhǎng)春新堿和長(zhǎng)春花堿的唯一來源。
“你可以把這篇論文看作是許多可以應(yīng)用的不同場(chǎng)景的開場(chǎng)白,它展示了我們迄今為止所構(gòu)建的工具的強(qiáng)大功能,”德拉帕拉說。“這是我們現(xiàn)在可以在更大范圍內(nèi)做的事情的原型。”

東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)教授Albert-László Barabási說,這種方法為并非每個(gè)人都能接受的作物基因改造提供了一種替代方法。
本文運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)字農(nóng)業(yè)的思想,通過改變植物生長(zhǎng)的環(huán)境條件,系統(tǒng)地改變我們所食用植物的化學(xué)成分。這表明,我們可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)和良好的控制條件來找到最佳條件組合,也就是說,設(shè)計(jì)最大化味道和產(chǎn)量的條件,”未參與研究的Barabási說。
氣候適應(yīng)
研究人員說,網(wǎng)絡(luò)農(nóng)業(yè)的另一個(gè)重要應(yīng)用是適應(yīng)氣候變化。雖然研究不同條件對(duì)作物的影響通常需要數(shù)年或數(shù)十年的時(shí)間,但在一個(gè)受控的農(nóng)業(yè)環(huán)境中,許多試驗(yàn)可以在短時(shí)間內(nèi)完成。
德拉帕拉說:“當(dāng)你在田里種東西時(shí),你必須依靠天氣和其他因素來合作,你必須等待下一個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的到來。”“有了我們這樣的系統(tǒng),我們可以更快地獲得更多的知識(shí)量。”
開放農(nóng)業(yè)集團(tuán)(OpenAg)團(tuán)隊(duì)目前正在為糖果制造商費(fèi)列羅(Ferrero)進(jìn)行一項(xiàng)有關(guān)榛子樹的研究,該公司的榛子樹消費(fèi)量約占世界榛子總消費(fèi)量的25%。
作為他們培訓(xùn)任務(wù)的一部分,研究人員還開發(fā)了小型“個(gè)人食品計(jì)算機(jī)”,可以在受控條件下種植植物,并將數(shù)據(jù)發(fā)送回MIT團(tuán)隊(duì)。現(xiàn)在,美國的許多高中學(xué)生都在使用這些工具,這些工具由分布在65個(gè)國家的不同用戶組成,他們可以通過在線論壇分享自己的想法和結(jié)果。
哈珀說:“對(duì)我們來說,每一個(gè)盒子都是我們非常感興趣的數(shù)據(jù)點(diǎn),但它也是一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),可以用新的方式教授環(huán)境科學(xué)、編程、化學(xué)和數(shù)學(xué)。”
該研究由Target公司、Lee Kum-Kee Health Products Group、Welspun、Sentient Technologies和Cognizant Technology Solutions資助。
麻省理工學(xué)院新聞辦公室
2019年4月3日
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