Детективи рослин та інженери з Університету Флориди використовують штучний інтелект для раннього виявлення хвороби, щоб виробники, які вирощують кабачки, могли тримати її під контролем. Раннє виявлення дає фермерам шанс отримати кращий урожай.
Літні та зимові кабачки вирощують у комерційних цілях по всьому штату, особливо на південному сході та південному заході Флориди. За даними Національної служби сільськогосподарської статистики Міністерства сільського господарства США, у 2019 році виробники у Флориді зібрали 7,700 акрів кабачків із вартістю виробництва 35.4 мільйона доларів. Але борошниста роса, поширена в усьому світі, може знизити врожайність.
«Ідеальним середовищем для зараження борошнистою росою є волога погода, висока щільність посадок і тінь», — сказав Янніс Ампатзідіс, доцент кафедри сільськогосподарської та біологічної інженерії UF/IFAS і співавтор нове дослідження раннього виявлення борошнистої роси, опубліковане в журналі Biosystems Engineering.
Для дослідження дослідники UF/IFAS використовували сенсорну систему, прикріплену до дронів, для збору спектральних даних борошнистої роси на літніх кабачках на полях і в лабораторіях Науково-освітнього центру Південно-Західної Флориди UF/IFAS.
За словами Ампатзідіса, дослідники UF/IFAS використовували технологію, яка не покладається на візуальні симптоми для виявлення борошнистої роси. Очі людини можуть бачити лише світлу частину електромагнітного спектру. Ця технологія може «бачити» більше. Таким чином, дослідники використовували це дослідження, щоб визначити найкращу довжину хвилі для раннього виявлення борошнистої роси – на листках, які або не мали симптомів, або демонстрували ранні симптоми.
Дослідники використовували машинне навчання – підмножину штучного інтелекту – яке може «навчатися» за спектральними даними для виявлення борошнистої роси. Дані надходили з дронів і наземних систем зондування. Навчена модель машинного навчання ідентифікувала борошнисту росу на різних стадіях розвитку хвороби, сказав Ампатзідіс. Система машинного навчання створює математичну модель для виявлення борошнистої роси без програмування людиною на виконання певних кроків.
За допомогою зображень і аналізу спектрального відбиття листя кабачків вчені виявили порошкоподібний вміст приблизно в 95% випадків. Насправді, навіть без видимих симптомів хвороби, технологія показала дослідникам хворобу у 82-89% випадків.
«Вкрай важливо визначити борошнисту росу на ранній стадії, оскільки хвороба швидко поширюється, а ураження збільшуються в розмірах, утворюючи пиловий білий або сірий наліт», — сказав Ампатзідіс, радник факультету Джаафара Абдулрідхи, постдокторського дослідника UF/IFAS, який керував навчання.
Памела Робертс, професор патології рослин UF/IFAS, потребує даних таких інженерів, як Ампатзідіс, щоб допомогти їй виявити хвороби на найраніших стадіях. Вона порівнює це з раннім виявленням хвороб людини.
«Раннє виявлення будь-якої проблеми зі здоров’ям, як у людини, так і у рослин, дає найкращі шанси контролювати її шляхом раннього втручання», — сказав Робертс, співавтор дослідження. «Таким же чином, хвороби рослин легше контролювати на ранній стадії, коли популяція патогенів низька, порівняно з пізнішою стадією епідемії».
«Крім того, ця технологія може фактично зменшити використання хімічних спреїв, усунувши застосування, яке можна було б зробити до того, як з’явиться будь-яка хвороба, яку потрібно контролювати», — сказала вона. «Оскільки борошниста роса є хронічною проблемою кабачків на південному заході Флориди, питання лише в тому, коли, а не в тому, чи з’явиться хвороба. Точний час внесення фунгіцидів, як у звичайному, так і в органічному землеробстві, може підвищити ефективність продукту та зменшити втрати».
Основними симптомами борошнистої роси є білі плями або плями, як правило, на листках. Діагностувати борошнисту росу на ранніх стадіях зараження важко через симптоми на нижніх, більш зрілих листках, які часто вкриті іншими листками.
«Коротше кажучи, хвороба може змінити властивості листя та вплинути на кількість світла, що відбивається від листя в областях за межами видимого спектру, які люди не бачать», — сказав Ампацідіс.
- Бред Бак, Університет Флориди