Os pesquisadores desenvolveram um novo sistema de imagem projetado para monitorar a saúde das safras no campo ou em estufa. A nova tecnologia pode um dia economizar muito tempo e dinheiro aos agricultores, permitindo equipamentos agrícolas inteligentes que fornecem água ou nutrientes automaticamente às plantas aos primeiros sinais de perigo. Com mais desenvolvimento, o sistema tem potencial para ser usado a bordo de veículos aéreos não tripulados para monitorar plantações remotamente.

O sistema de imagem detecta a fluorescência emitida pela clorofila, um pigmento que dá às plantas sua cor verde e é essencial para absorver a luz solar que as plantas usam para criar energia por meio da fotossíntese. Monitorar a clorofila e como a fotossíntese é realizada em uma planta fornece uma visão sobre a saúde e o crescimento das plantas.

No jornal The Optical Society Óptica Aplicada , pesquisadores liderados por Xu Liu, da Universidade de Zhejiang, na China, detalham seu novo sistema de imagem de colheita. Ele pode visualizar uma área medindo 45 por 34 centímetros, cerca de quatro vezes maior do que os imageadores de clorofila disponíveis no mercado.

"A maioria dos instrumentos usados ​​para imagens de fluorescência de clorofila são adequados apenas para uso em laboratório, mas queremos desenvolver um sistema que pode monitorar a saúde da colheita em um campo ou estufa, "disse Haifeng Li, membro do grupo de pesquisa. "A grande área de detecção do nosso gerador de imagens culturais nos aproxima desse objetivo."

Além de ajudar os agricultores a verificar a saúde da colheita, o novo sistema será útil para estudar como as plantas respondem às mudanças nas condições de crescimento e para fenotipagem de alto rendimento, um método automatizado usado em pesquisa e desenvolvimento de culturas para analisar como as modificações genéticas afetam as características das plantas, como tamanho da folha ou resistência à seca em um grande número de plantas. A técnica também pode ser modificada para microscopia, permitindo imagens da fotossíntese dentro das células vegetais.

"A imagem de fluorescência da clorofila tem sido amplamente utilizada na pesquisa acadêmica, "disse Li." Nosso sistema permitirá que esta técnica vá além do laboratório, onde pode ser usado para desenvolver e estudar culturas com maior rendimento, por exemplo."

Mais dados fornecem uma imagem melhor

A área de imagem limitada de imageadores de fluorescência de clorofila disponíveis comercialmente restringe esses instrumentos à imagem, no máximo, uma ou duas mudas de cada vez. Na verdade, alguns imageadores capturam apenas a fluorescência de algumas folhas de cada vez. Como a fotossíntese pode variar de planta para planta e até mesmo de folha para folha, muitas imagens teriam que ser adquiridas para obter uma imagem do crescimento geral da colheita.

Em uma foto, o novo gerador de imagens pode capturar fluorescência de sete ou oito mudas, dependendo de seu tamanho. Essas plantas adicionais fornecem dados suficientes para obter uma imagem real da saúde da cultura a partir de apenas uma imagem. Os pesquisadores também incorporaram um mecanismo de varredura que aumenta a área de imagem para 2 metros de largura.

"Ao adquirir uma grande quantidade de dados, nosso sistema pode reduzir significativamente o erro envolvido na análise do estado fisiológico de uma cultura e na eficiência do monitoramento das condições de cultivo, sem exigir amostragem repetida, "disse Li.

Iluminação de grande área

A detecção da fluorescência da clorofila requer que o pigmento seja iluminado com luz que excita as moléculas da clorofila, fazendo com que eles emitam luz. Os pesquisadores usaram 16 módulos de iluminação, cada um com um LED de alta potência para criar esta luz de excitação.

Para cada módulo de iluminação, os pesquisadores projetaram uma série de lentes e componentes ópticos que criaram uma área de iluminação retangular por meio de um processo chamado remodelagem pontual. A luz de cada módulo foi focada no centro da área de imagem e sobreposta para criar uma iluminação forte e uniforme.

"A área de imagem de 45 por 34 centímetros é a maior disponível para este tipo de sistema de imagem, "disse Li." Nosso instrumento usa exclusivamente a remodelagem do ponto de iluminação LED para realizar uma iluminação uniforme em toda a área de imagem e para garantir que a maior parte da energia da luz seja usada para iluminação e não desperdiçada. "

Os pesquisadores testaram o novo dispositivo usando-o para criar imagens de mudas de pepino cultivadas em condições estressantes que envolviam deficiência de água ou nitrogênio. Em ambos os casos, o instrumento mostrou mudanças na fluorescência da clorofila que corresponderam ao declínio da saúde da planta ao longo do tempo.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para aumentar a utilização da energia da luz do sistema, fazendo melhorias nas técnicas de fabricação, como a incorporação de revestimentos de lentes, usado para fazer os componentes ópticos. Eles também querem reduzir o peso e o volume do termovisor para torná-lo mais móvel e mais prático para uso no campo e em estufas.