Een professor aan de Purdue University heeft een innovatieve handsensor gebouwd die plantenwetenschappers en boeren een nauwkeurigere manier geeft om de gezondheid van gewassen te meten en tegelijkertijd actuele gegevens te verzamelen die staats- en federale functionarissen en anderen waardevol zullen vinden.

Jian Jin, een assistent-professor in Purdue's Department of Agricultural and Biological Engineering, hoopt dat zijn hyperspectrale beeldvormingsapparaat op grote schaal zal worden gebruikt door plantenwetenschappers en boeren in binnen- en buitenland. Het apparaat scant een plant op fysiologische kenmerken, zoals vocht, nutriënten en chlorofyl niveaus, evenals verschillende chemische spuiteffecten en ziektesymptomen om te bepalen of het gezond is of onder stress staat.

Jin zei dat het hyperspectrale beeldvormingsapparaat dat hij bouwde boeren zal helpen om veranderingen in de gezondheid van planten in het veld te detecteren, uren tot dagen voordat ze met het blote oog zichtbaar zijn. Het zal boeren ook in staat stellen de nodige veranderingen aan te brengen om meer voedsel te verbouwen met minder middelen, Bijvoorbeeld door het gebruik van kunstmest en water te verminderen.

"Mijn visie is dat deze sensor huishoudelijke boeren in staat zal stellen om door een veld te lopen om een ​​handheld-apparaat en een smartphone te gebruiken om dezelfde informatie beschikbaar te krijgen van zeer dure fenotyperingssystemen die de afgelopen jaren door grote bedrijven en grote universiteiten zijn gebouwd, " zei Jin. "We hebben wereldwijd 600 miljoen boeren, en zeer weinig van hen profiteren van hoogwaardige plantsensortechnologieën. Nutsvoorzieningen, met dit handheld-apparaat, de meeste boeren kunnen hiervan profiteren."

Deze technologie sluit aan bij Purdue's "Giant Leaps" om de wereldwijde vooruitgang van de universiteit op het gebied van gezondheid te vieren, ruimte, hoogtepunten van kunstmatige intelligentie en duurzaamheid als onderdeel van het 150-jarig jubileum van Purdue. Dat zijn de vier thema's van het jaarlijkse Ideeënfestival, ontworpen om Purdu te laten zien als een intellectueel centrum dat problemen uit de echte wereld oplost.

de voeler, die een plant in minder dan vijf seconden kan scannen, kan honderden kleurbanden in elke pixel detecteren in vergelijking met de drie kleurbanden die door traditionele camera's worden gedetecteerd. Eén versie schiet ook een uitbarsting van fluorescerend licht van de plant. Beide worden gebruikt om het stress- en voedingsniveau van de plant te meten.

"We hebben zowel de hardware- als softwaretechnologieën geïmplementeerd in een draagbaar apparaat dat licht en gemakkelijk mee te nemen is, ' zei Jin.

De sensor integreerde het geavanceerde beeldverwerkingsalgoritme en de plant beschikt over voorspellingsmodellen die zijn ontwikkeld door Purdue-wetenschappers. Deze modellen zijn ontwikkeld met de database van Purdue met jarenlange plantenonderzoekstests in zowel de kas als het veld. De modellen worden ook voortdurend verbeterd en bijgewerkt.

"Zo hebben we altijd de meest nauwkeurige voorspellingen voor de boer, ' zei Jin.

De afgelopen tien jaar heeft zich een snelle ontwikkeling van plantfenotypering voorgedaan, omdat technologie steeds vaker wordt gebruikt om de efficiëntie te verbeteren op basis van de huidige omstandigheden in plaats van dat boeren vertrouwen op regionale omstandigheden en historische gegevens om beslissingen te nemen. De meeste bedrijven controleren handmatig de plantgezondheid, die precisie en efficiëntie mist.

Jin zei dat zijn sensor nauwkeuriger is dan de huidige apparaten die worden gebruikt door plantwetenschappers die een blad vastklemmen en de gezondheid van slechts een deel van de plant meten.

"Om meerdere technische redenen, de voorspellingskwaliteit van de sensor is veel nauwkeuriger dan alle andere typen beeldsensoren voor gewassen die mensen op de bestaande markt hebben, "Zei Jin. "Het wordt ook voortdurend beter omdat we elke dag fabrieken scannen en zowel hardware- als softwaretechnologieën upgraden."

Hoewel de sensor op zichzelf staat, de gebruikers hebben ook de mogelijkheid om de metingen met geolocaties te uploaden naar een webgebaseerde cloudkaartservice die is ontwikkeld door Carol Song en haar team bij Purdue's Advanced Computing Group. Het systeem genereert warmtekaarten voor plantenstress en voeding op basis van de sensormetingen, en biedt interactieve functies voor het opvragen van landbouwgegevens op zowel boerderij- als regionaal niveau. Dit digitale ag-kaartsysteem met sensorgegevens kan vele potentiële toepassingen ondersteunen. For example the data collected will provide valuable information to state and federal officials about steps they can take to help farmers during severe crop stress periods as well as information about what types of crop yields can be expected.

"If we can successfully distribute the sensors around the region, we can generate this digital ag map service to monitor the plant growth all over the region—which areas are under stress and which areas are having a good performance, " hij zei.

Jin's group at ABE is working on automation of this device. He and his graduate students worked last winter with a senior design group from Purdue's School of Mechanical Engineering and successfully implemented a robot to scan the leaves with the sensor automatically in the greenhouse. The robot utilized machine vision to recognize the target leaves and carry the sensor over there for a quick scan operation along the leaf's natural slope. Encouraged by the success in the greenhouse, Jin and his team is moving on for the design of the next robot in the farm field environment.

The robot system may look like a spider transformer:It travels between crop rows, with each leg equipped with a sensor, waving and scanning leaves in the field with a very high speed. Jin expects the prototype to be functioning during the 2019 growing season.

Jin is looking for collaborators who could lead in commercializing the device, especially in marketing and mass manufacturing. He believes making the devices low-cost might be the best approach, with the data being where the value is.

"We hope to get a lot more data so we can have more valuable data services, " he said. "We have great team work at Purdue to make it happen. Besides the engineers from ABE, the sensor's development has been greatly supported by breeders and biologists at Purdue, including professors Mitch Tuinstra, scientific director of the Purdue's Institute for Plant Sciences, and Tony Vyn, the Henry A. Wallace Chair in Crop Sciences. Carol Song and her team of data scientists from Advanced Computing Group provided the GIS map functions. Gerald Shively from Agricultural Economics has been promoting the application of the device as a social scientist."

The Purdue Office of Technology Commercialization has filed three applications for provisional patents for the technology.