裁剪机器人在植物的DNA中找到高产耐寒性状的基因

今天的作物育种者正在努力提高产量，同时还要准备作物以抵御恶劣天气和气候变化。为了取得成功，他们必须在作物植物的DNA中找到高产，耐寒性状的基因。伊利诺伊大学开发的机器人在大草原上找到这些众所周知的针头，被机器人：科学与系统的最佳系统论文奖所认可，这是上周在匹兹堡举行的卓越机器人会议。

“真正需要加速育种以满足全球粮食需求，”首席研究员Girish Chowdhary说，他是伊利诺伊州农业与生物工程系和协调科学实验室的现场机器人助理教授。“在非洲，人口将在2050年增加一倍以上，但今天的产量仅为其潜力的四分之一。”

作物育种者进行了大量实验，比较了数百种不同品种或数量的作物超过数百英亩，并手工测量植物出苗或高度等关键性状。这项任务费用昂贵，耗时，不准确，最终不足 - 团队只能手动测量田地中的一小部分植物。

“缺乏测量植物性状的自动化是进步的瓶颈，”第一作者Erkan Kayacan说，他现在是麻省理工学院的博士后研究员。“但是很难制造能够自主计算植物的机器人系统：田地很大，数据可能很嘈杂(与基准数据集不同)，机器人必须在挑战性的冠下环境中保持紧密排列。”

伊利诺斯州的13英寸宽，24磅重的TerraSentia机器人可移动，紧凑且自主。它使用一套传感器(摄像头)，算法和深度学习从上到下捕获每个植物。根据本次会议的报告，研究人员使用转移学习方法教TerraSentia计算仅有300张图像的玉米植物。

“一个挑战是植物的间距不等，所以假设单个植物在相机框架中是不够好的，”共同作者，农业消费者与环境科学学院研究生张忠忠说。 ACES)。“我们开发了一种方法，利用摄像机运动来调整不同的植物间距，这导致了一个相当强大的系统，用于计算不同领域的植物，具有不同的变化间距和不同的速度。”

这项工作得到了高级研究机构能源(ARPA-E)的支持，作为Carl R. Woese基因组生物学研究所TERRA-MEPP项目的一部分。该机器人现在可通过初创公司EarthSense，Inc。获得，该公司为机器人配备了先进的自主权和工厂分析功能。

TERRA-MEPP是一个研究项目，正在开发一种低成本的表型机器人，以确定由伊利诺伊大学与康奈尔大学和Signetron公司合作领导的表现最佳的作物，并得到高级研究计划署 - 能源的支持(ARPA- E)。