裁剪機器人在植物的DNA中找到高產耐寒性狀的基因

今天的作物育種者正在努力提高產量，同時還要準備作物以抵御惡劣天氣和氣候變化。為了取得成功，他們必須在作物植物的DNA中找到高產，耐寒性狀的基因。伊利諾伊大學開發的機器人在大草原上找到這些眾所周知的針頭，被機器人：科學與系統的最佳系統論文獎所認可，這是上周在匹茲堡舉行的卓越機器人會議。

“真正需要加速育種以滿足全球糧食需求，”首席研究員Girish Chowdhary說，他是伊利諾伊州農業與生物工程系和協調科學實驗室的現場機器人助理教授。“在非洲，人口將在2050年增加一倍以上，但今天的產量僅為其潛力的四分之一。”

作物育種者進行了大量實驗，比較了數百種不同品種或數量的作物超過數百英畝，并手工測量植物出苗或高度等關鍵性狀。這項任務費用昂貴，耗時，不準確，最終不足 - 團隊只能手動測量田地中的一小部分植物。

“缺乏測量植物性狀的自動化是進步的瓶頸，”第一作者Erkan Kayacan說，他現在是麻省理工學院的博士后研究員。“但是很難制造能夠自主計算植物的機器人系統：田地很大，數據可能很嘈雜(與基準數據集不同)，機器人必須在挑戰性的冠下環境中保持緊密排列。”

伊利諾斯州的13英寸寬，24磅重的TerraSentia機器人可移動，緊湊且自主。它使用一套傳感器(攝像頭)，算法和深度學習從上到下捕獲每個植物。根據本次會議的報告，研究人員使用轉移學習方法教TerraSentia計算僅有300張圖像的玉米植物。

“一個挑戰是植物的間距不等，所以假設單個植物在相機框架中是不夠好的，”共同作者，農業消費者與環境科學學院研究生張忠忠說。 ACES)。“我們開發了一種方法，利用攝像機運動來調整不同的植物間距，這導致了一個相當強大的系統，用于計算不同領域的植物，具有不同的變化間距和不同的速度。”

這項工作得到了高級研究機構能源(ARPA-E)的支持，作為Carl R. Woese基因組生物學研究所TERRA-MEPP項目的一部分。該機器人現在可通過初創公司EarthSense，Inc。獲得，該公司為機器人配備了先進的自主權和工廠分析功能。

TERRA-MEPP是一個研究項目，正在開發一種低成本的表型機器人，以確定由伊利諾伊大學與康奈爾大學和Signetron公司合作領導的表現最佳的作物，并得到高級研究計劃署 - 能源的支持(ARPA- E)。