As mudanças climáticas estão causando grandes desafios, especialmente para os melhoristas de plantas. Um robô de campo inteligente e tecnologia de raios X estão ajudando a selecionar variedades de plantas tolerantes ao calor. Os sensores da máquina de alta tecnologia foram desenvolvidos pelo Fraunhofer Development Center for X-ray Technology, uma divisão do Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS.
Nossos verões estão cada vez mais quentes. Apenas neste verão, a Alemanha experimentou uma onda de calor com temperaturas de até 40 C. A seca resultante também afetou as plantas. Dado um amplo suprimento de água, essas plantas podem se resfriar por evaporação. No entanto, eles não podem fazer isso quando estão sob estresse hídrico. É por isso que os criadores de plantas esperam desenvolver plantas tolerantes ao calor e resistentes à seca que possam sobreviver com menos água – e ainda assim produzir um bom rendimento, exigindo a menor quantidade possível de fertilizantes e pesticidas.

Os melhoristas têm recebido apoio de pesquisadores do Fraunhofer EZRT, onde há muitos anos são realizadas pesquisas em tecnologias para determinação de fenótipos de plantas. Isso se refere à sua aparência externa, que inclui uma infinidade de fatores, como tamanho da folha, disposição das folhas, espessura da raiz e rendimento. "As pessoas selecionam as culturas com base nas características externas há milhares de anos", explica o Dr. Stefan Gerth, chefe do departamento AMS do Fraunhofer Development Center for X-ray Technology. "Estamos desenvolvendo tecnologias para medir objetivamente essas características do fenótipo e otimizar a reprodução com base nesses dados".

Uso de imagens 3D para prever rendimentos

Por exemplo, a equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Gerth desenvolveu o DeBiFix, um robô de campo para aplicações agrícolas. À medida que o DeBiFix percorre as espigas de trigo densamente compactadas, ele captura continuamente imagens de raios-X das plantas. Ao mesmo tempo, gera imagens 3D usando um sistema óptico. Esta é uma informação importante para o criador que possui o campo em que o robô está trabalhando - permite que ele essencialmente olhe dentro das espigas de trigo e determine se a variedade que está cultivando produzirá um bom rendimento.

Criação de valor biogênico e projeto de agricultura inteligente

O objetivo mais importante do projeto de agricultura inteligente trans-regional Fraunhofer é apoiar os criadores. O Fraunhofer Center for Plant Phenotyping Technologies está sendo lançado em Triesdorf, Baviera, como parte deste projeto. Neste local, o Dr. Gerth e seus colegas pretendem desenvolver seus conhecimentos e traduzi-los em aplicações na vida real. Triesdorf, a menor cidade da Alemanha com uma universidade, abriga institutos de ensino agrícola e a Universidade de Ciências Aplicadas Weihenstephan-Triesdorf, tornando-se um centro trans-regional para a agricultura. O Fraunhofer IIS trabalha em estreita colaboração com o Centro de Competência para Agricultura Digital localizado lá.

Selecionando variedades de plantas tolerantes ao calor

No cubículo do laboratório para plantas de fenotipagem em ambientes climatizados no Fraunhofer EZRT em Fürth, o Dr. Gerth demonstra como os melhoristas irão trabalhar no futuro. Na estreita esteira transportadora em frente à máquina de raios X, vasos de várias plantas de cultivo são organizados em fileiras organizadas. A porta da máquina de raios X se abre e um pote rola para dentro. Uma vez fechada a porta, o pote passa por uma tomografia computadorizada, entre outros exames. Apenas cinco minutos depois, é hora do próximo pote.

"Há mais de dez anos, começamos a radiografar plantas de batata para obter informações sobre o crescimento dos tubérculos", relata o Dr. Gerth. "Com base nos exames de raios-X 3D, podemos determinar o peso dos tubérculos sem precisar desenterrá-los." Este processo está sendo usado para tarefas como a seleção de variedades particularmente tolerantes ao calor. Para isso, as plantas são colocadas sob estresse térmico dentro do cubículo do laboratório. As varreduras mostram então quais plantas lidam com o estresse de forma mais eficaz, formando tubérculos fortes, apesar do calor.

Enquanto apenas raízes e tubérculos grossos podiam ser radiografados com as primeiras tomografias computadorizadas, os novos sistemas também podem capturar a delicada estrutura subterrânea da raiz do trigo. "Nossa nova máquina de raios X é o sistema mais moderno e poderoso para radiografar partes de plantas subterrâneas", diz o Dr. Gerth.

Pesquisadores do Fraunhofer EZRT também estão realizando imagens digitais em 3D das partes das plantas que estão acima do solo, como folhas e espigas de trigo. Esses dados podem ser usados ​​para determinar mais do que apenas a área da superfície da folha – as imagens 3D também fornecem informações sobre a tolerância ao calor da planta. A planta levanta suas folhas para se proteger do sol? Ele enrola as folhas devido ao estresse?

Usando IA para analisar fenótipos de plantas individuais

A eficiência dos sistemas de reconhecimento óptico de plantas da Fraunhofer EZRT foi claramente demonstrada em um campo de teste na empresa de sementes Strube D&S GmbH. Nesse caso, foi usado o segundo protótipo do BlueBob – um robô de campo que navega sozinho e remove automaticamente as ervas daninhas nos campos de beterraba sacarina. À medida que se move entre as fileiras, grava imagens de todas as plantas vivas usando câmeras multiespectrais.

“Ao usar inteligência artificial, o fenótipo de cada planta individual é analisado e classificado como uma erva daninha ou uma planta de beterraba”, explica Christian Hügel, chefe do Centro Técnico de Pesquisa de Sementes da Strube. Se o BlueBob 2.0 identifica uma erva daninha, ele a remove do solo com suas ferramentas de enxada. Ele remove ervas daninhas tanto entre as linhas (usando ferramentas estáticas) quanto dentro das linhas (usando ferramentas móveis). Como resultado, quase todas as ervas daninhas ao redor das plantas de beterraba são removidas. Isso significa que o uso de herbicidas químicos pode ser drasticamente reduzido.

Um grande pacote de trabalho no novo centro em Triesdorf envolverá o processamento dos dados obtidos durante a fenotipagem. "Nosso principal objetivo é usar nossa tecnologia para apoiar os melhoristas de plantas de pequeno e médio porte", enfatiza Dr. Gerth. + Explorar mais

O pré-tratamento do solo com etanol protege as plantas da seca