3D-gedruckte Zuckerrüben: ein neues Werkzeug für die Phänotypisierung von Pflanzen

Die Technologie in der Landwirtschaft entwickelt sich ständig weiter. In den letzten Jahren hat der Einsatz von Hilfsmitteln wie Drohnen, Agrarrobotern, Scannern, Präzisionspflanzmaschinen und sogar künstlicher Intelligenz zugenommen. Die Vorteile, die diese Hilfsmittel mit sich gebracht haben, liegen vor allem in der Steigerung der Ernteerträge und der intelligenten Bewirtschaftung. Auch der 3D-Druck hat in diesem Bereich Vorteile gebracht, zum Beispiel bei der schnellen Herstellung von landwirtschaftlichen Geräten. Die Möglichkeiten sind jedoch weitreichender, wie eine kürzlich durchgeführte Studie zeigt, bei der ein 3D-gedrucktes Rübenmodell zur Verbesserung der Phänotypisierung von Pflanzen erstellt wurde.

Wissenschaftler des Zuckerrübenforschungsinstituts haben in Zusammenarbeit mit der Universität Bonn ein 3D-gedrucktes Pflanzenmodell für die genaue und zuverlässige Phänotypisierung entwickelt. Die Phänotypisierung in der Landwirtschaft ist ein Prozess der Beobachtung und Analyse von Pflanzen, um Vorhersagen über ihren Zustand in einem bestimmten Raum zu treffen. Genauer gesagt ist die Phänotypisierung das Ergebnis der Interaktion zwischen der genetischen Information einer Pflanze und ihrer Umwelt. In diesem Sinne handelt es sich um ein wichtiges Verfahren, da es möglich ist, die Pflanzen mit den besten Eigenschaften zu identifizieren und somit die Anpflanzungen zu optimieren.

Bild: Phys.Org

Früher beruhte die Phänotypisierung auf manuellen Messungen durch Menschen, was eine mühsame und invasive Aufgabe für die Pflanzen war, aber mit dem Aufkommen bestimmter Technologien konnte der Prozess automatisiert werden. Einige der eingesetzten Technologien sind Sensoren, Spektralkameras oder künstliche Intelligenz. Jetzt werden diese Instrumente mit einem 3D-Modell von Zuckerrüben kombiniert, das als Beispiel für die Verbesserung von Kulturen dienen soll.

Wie wurden die 3D-gedruckten Zuckerrüben hergestellt?

Die Referenzdaten für das Modell wurden von einer echten Zuckerrübenpflanze unter Gewächshausbedingungen genommen. Mit einem LiDAR-Scanner (Light Detection and Ranging) wurden 3D-Daten aus 12 verschiedenen Winkeln erfasst, um eine genaue Punktwolke zu erstellen. Diese Daten wurden dann zur Erstellung der 3D-Datei verwendet, die mit einem FDM-Drucker gedruckt wurde. Auch wenn die Studie in diesem Stadium noch recht einfach ist, sind die Vorteile der 3D-Modellierung doch erheblich.

Erstens werden sich die Erntevorhersagen verbessern. Um vollständige Informationen über den Zustand einer Kultur zu erhalten, benötigt die Agrarindustrie Sensoren, die Daten wie Blattgröße, Fruchtqualität, Neigungswinkel der Blätter, Form usw. digitalisieren. Sobald diese Daten erfasst sind, wird eine spezielle Software eingesetzt, um mit Hilfe künstlicher Intelligenz umfassende Berichte und Prognosemodelle zu erstellen. Auf diese Weise können die Landwirte zum richtigen Zeitpunkt eingreifen. Um solche Vorhersagen treffen zu können, benötigen die Systeme jedoch eine Referenz, wie eine „beispielhafte“ Pflanze aussehen würde, und hier kommt das 3D-Druckmodell ins Spiel.

Sicherlich trägt ein physisches Modell der Pflanze dazu bei, dass die Ergebnisse genauer sind als mit einfachen digitalen Daten, wie es bisher der Fall war. Jonas Bömer, Hauptautor der Studie, erklärt: ,,Im Bereich der dreidimensionalen Phänotypisierung von Pflanzen stellt die Referenzierung der verwendeten Sensorsysteme, der Computeralgorithmen und der erfassten morphologischen Parameter eine anspruchsvolle, aber wichtige Aufgabe dar. Die Anwendung additiver Fertigungstechnologien zur Erzeugung reproduzierbarer Referenzmodelle stellt ein Novum für die Entwicklung standardisierter Methoden für eine objektive und genaue Referenzierung dar, die der wissenschaftlichen Forschung und der praktischen Pflanzenzucht zugute kommt.“

Schließlich ist das Prinzip dieser Forschung nicht auf Zuckerrüben beschränkt. Die Kombination aus künstlicher Intelligenz, Sensortechnologie und 3D-Druck kann auf jede Pflanze angewandt werden, um Kulturen besser zu überwachen. Die Wissenschaftler betonen, dass die gesamte Forschung frei zugänglich ist, und laden andere Labors und interessierte Parteien ein, weitere Modelle wie 3D-gedruckte Zuckerrüben zu entwickeln. Für weitere Informationen können Sie die Studie HIER einsehen.

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