INVITE – Innovációk az európai fajtatesztekben, beszámoló a gyakorlati bemutatóról

2019. július 24.

2019. július 8-10. között rendezték meg az INVITE (INnovations in plant VarIety Testing in Europe – Innovációk az európai fajtatesztekben) projekt nyitó találkozóját Franciaország legzöldebb városában, Angers-ben. Az INVITE célja, hogy a technológia legmodernebb vívmányait felhasználva kitágítsa az emberi érzékelés és következtetés határait, s ezáltal még hatékonyabbá tegye a növénynemesítést és a fajtavizsgálatokat. Mindezt okos eszközökkel, hiperspektrális kamerákkal és mesterséges intelligenciával támogatott rendszerek segítségével. A háromnapos rendezvény első napjára a projektben partnerként nem résztvevő, azonban annak céljai elérésében érdekelt szervezeteket is meghívtak, így képviseltethette magát az ÖMKi is.

A résztvevőket François Lauren, az INRA (Francia Nemzeti Mezőgazdasági Kutatóintézet) gyümölcsnemesítő csapatának vezetője fogadta Angers-ben. A köszöntőbeszédből kiderült, hogy a projektben 19 országból 26 intézménynek összesen 150 munkatársa vesz részt, valamint az is, hogy az elsősorban szántóföldi (búza, kukorica, napraforgó, szója és repce) és kertészeti (alma, paradicsom, burgonya) növényfajták tesztelése, valamint ezen növények stressztűrő képességének vizsgálata zajlik a projekt keretein belül. Mindemellett távlati cél, hogy a kutatók létrehozzanak egy egységes és közös adatbázist, amiben szerepelnek az egyes fajtákra jellemző genetikai és fenológiai adatok.

A kalászfuzáriózis felmérésére alkalmas kamerarendszer és értékelő állomás (fotó: Trugly Bence, ÖMKi)

Az elméleti bevezetést követően Vern-d’Anjouba a GEVEC (Francia Fajta-, Vetőmagvizsgáló és Ellenőrző Intézet) kísérleti üzemébe látogattunk el, hogy megtekintsük az ott használatos vizsgálati eszközöket. Elsőként a Fus’eye projektet mutatták be a helyi kutatók, melynek célja, hogy a manapság széles körben alkalmazott, szemrevételezés alapján történő kalászfertőzöttség-becslés helyett egy pontosabb és megbízhatóbb módszerrel mérhessük fel a gabonafélék veszélyes betegségeként ismert kalászfuzáriózis-fertőzöttség mértékét, s ezzel együtt a fajták fogékonyságát a betegségre. A megoldást kínáló rendszer elemei a 24MP-es kamera, 20 mm-es f:2,8 lencsék, 4 darab GN48 típusú vaku, 2 db külső akkumulátor és egy adattovábbító eszköz, valamint egy számítógép, az elemző szoftverrel. Az igen erős fényforrás lehetővé teszi olyan képek készítését, amelyet az elemző szoftver könnyedén tud kezelni, a lefényképezett kalászok esetében pedig pontosan meghatározza, hogy azok mekkora része fertőződött.

A GEVES a fertőzött szemek számának meghatározására is kidolgozott módszereket: az egyik ilyen megoldást egy multispektrális videokamera biztosítja, amely az UV-tartománytól az infravörösig tartó skálán (375-970 nm) készít felvételeket. Igen gyorsan dolgozik, 5 percenként 1000 magot képes megvizsgálni; a szemek a képek alapján két kategóriába kerülhetnek: fertőzött és tünetmentes.

A fuzáriumos fertőzés tünetei hagyományos (RGB) és multispektrális felvételen (a fertőzött részek sárga, piros színűek, az épek kékek) (forrás: GEVEC honlapja: https://www.geves.fr/tools/multispectral-imagery/)

Ezután röviden megismerhettünk egy, az AgTech cég által kifejlesztett, CarbonBee névre hallgató eszközt is, ami szintén a növényállomány egészségügyi állapotát hivatott felmérni. Ez a műszer három technológiai elemet ötvöz: a hagyományos (RGB – piros, zöld, kék pixelekből álló) színes fényképet, az IR (Infrared – infravörös) felvételezést, valamint a tomográfiás képkészítést. A CarbonBee által készített felvételek okostelefon segítségével hívhatók elő, így valós időben értékelhetők, a kamerarendszer pedig felszerelhető kézi hordozóeszközre, traktorra vagy akár drónra is.

https://www.youtube.com/watch?v=jrYTB0EeRO8

e-GLEEK távcsapdák ragacslapos és tállal szerelt kivitelben (fotó: Trugly Bence, ÖMKi)

A terepi bemutatót az e-GLEEK távcsapdák sorával folytattuk. Megismerhettünk olyan rovarcsapdákat, amelyeket nem szükséges saját szemrevételezéssel ellenőriznünk, mivel a csapdatestekkel szemben apró kamerát helyeztek el, ami 3 óránként készít képeket. A felvételeket GSM hálózat segítségével megkaphatjuk e-mailben, így távolról is leolvashatjuk a fogásokat. A csapdák feromonokkal is felszerelhetők, a szelektívebb rajzásmegfigyelés érdekében. Örömmel konstatáltuk, hogy hasonló eszközök már hazai forgalomban is kaphatók, e téren nem vagyunk tehát lemaradásban.

A távcsapda-bemutató után a KMScan névre keresztelt, kukoricacső-elemző műszer került terítékre. Ez az eszköz gyakorlatilag egy nagy henger, amibe a kukoricacsövek kényelmesen elférnek, lehetőséget adva a műszer belsejében elhelyezett 8 kamera számára, azok részletes elemzésére. A kamerák segítségével egy elemzőszoftver a csövön lévő szemsorok száma és a csőberakódottság alapján kiszámolja a várható hozamot, ennek köszönhetően gyorsan és pontosan kaphatunk képet a termésadatokról.

 

Az Airphen kézi hordozós kivitelben, két RGB kamerával felszerelve (fotó: Trugly Bence, ÖMKi)

A terepi bemutató a Hi-Phen által fejlesztett eszközökkel zárult. Elsőként az Airphen, 6 db 450-850 nm közötti tartományban működő kamerából álló, bármely szállítóeszközre felszerelhető és más szenzorokkal szinkronizálható rendszert ismerhettük meg. Ez az eszköz állomány-felvételezésre képes, a CarbonBee-hez hasonló elven működik, így a segítségével a fajták egészségügyi állapota mérhető össze, valamint a parcellákon belüli eltérések is észlelhetők. A 6 kamera érzékenysége (vagyis az, hogy milyen fénytartományban készítse el a képeket) egyenként állítható, ezáltal pontosabb és könnyebben elemezhető adatokat kaphatunk. Az eszköz beépített helymeghatározó rendszerrel is felszerelt, így a georeferálással sem kell különösen bajlódnunk az adatfeldolgozás során. Az Airphen tetszés szerint tovább bővíthető egyszerű (RGB) kamerákkal, amelyek segítségével összehasonlíthatók a hiperspekrális és a hagyományos felvételek.

A Hi-Phen és a Bosch közös fejlesztésű szenzora (lent) és egy hiperspektrális kamera szállítására alkalmas drón (fotó: Trugly Bence, ÖMKi)

Ezután a Hi-Phen és a Bosch közös fejlesztésű IoT (Internet of Things– Okoseszközök Hálózata) rendszerben működő eszközét mutatták be. Az IoT lehetővé teszi, hogy egy szenzor kommunikálni tudjon más szenzorokkal, továbbá (pl.: meteorológiai) műholdakkal is. Ezáltal a bemutatott eszköz képes felismerni adott betegségek jelenlétét, de már az annak kedvező körülmények együttállását is. Előre megbecsüli a várható hozamot és a betakaríthatóság idejét. Mindemellett képes a növények aktuális fenológiai állapotát is meghatározni, továbbá figyelmeztetést ad, amennyiben hő, szárazság, vagy tápanyaghiány okozta stressz éri őket, és javaslatokat is tesz azok kezelésére.

 

A terepi bemutató után visszautaztunk a rendezvénynek helyt adó Angers-i Egyetemre, ahol további szakmai előadásokat hallhattunk. Elsőként David Rousseau, az Rendszermérnöki Kutató-laboratórium (Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes) vezetője vázolta a jelenleg elterjedt fajtaértékelési módszereket, hangsúlyozva, hogy manapság főleg az emberi érzékszervekre és a becslésekre támaszkodunk, az okos eszközök leginkább még csak a papírt és a ceruzát váltották ki.

A CI-600-as gyökérzet-vizsgáló műszer és az általa készített felvétel (forrás: CID Bio-Science: https://cid-inc.com/plant-science-tools/root-measurement-with-minirhizotron/ci-600-in-situ-root-imager/)

Őt követte Maria José Aranzana (Institute of Agrifood Research and Technology – Agrárkutatási és Technológiai Intézet, Spanyol Királyság) előadása, melynek témája a haszonnövények fenológiai ismérvek szerinti karakterizálása volt, a fenntarthatóságuk és a DUS (Distinctness, Uniformity and Stability – megkülönböztethetőség – egyöntetűség – stabilitás) rendszernek való megfelelésük szempontjából. Bemutatta, milyen módszerekkel és mely eszközök segítségével mérhető össze egyes fajták szárazságstresszel vagy egyéb, kedvezőtlen körülményekkel szembeni várható ellenálló képessége, valamint betegség-ellenállóságuk. Mindezekben segítségünkre lehetnek a növény fotoszintetikus aktivitásának (ezzel együtt egészségügyi állapotának) felmérésére alkalmas, multispektrális kamerák, melyekkel pl. a legegyszerűbb esetben NDVI (Normalized Difference Vegetation Index – Normalizált Vegetációs Index) térképeket hozhatunk létre. (Erre és más indexek mérésére képes a korábban említett Airphen és a CarbonBee is.)  Ezen túlmenően olyan eszközök is szóba kerültek, mint például a CI-600, ami a növényi gyökerek hosszúságát és átmérőjét, valamint azok talajbeli szétterjedtségét képes megállapítani egy képelemző szoftver segítségével, ezáltal a vízhiány toleranciájának mértékét képes felbecsülni.

Ezután Fred van Eeuwijk, a Wageningeni Egyetem professzora tartott előadást a VCU (Value for Cultivation and

Az önjáró ecoRobotix (forrás: Blog Agricultura – https://blogagricultura.com/robot-herbicida-maleza/)

Use – Termesztési és Felhasználási Értékvizsgálat) és DUS vizsgálatok támogatása céljából végzett statisztikai és fiziológiai modellezésekről. Őt követte David Rousseau újabb előadása, arról, hogy miként állíthatunk össze hordozható high-tech fajtavizsgáló eszközöket, a hagyományos (RGB) és multispektrális, valamint hőkameráktól kezdve az okos szemüvegeken át a napelemes önjáró, foltkezelésre képes, gyomszabályozó ecoRobotix-ig bezárólag, melyek összekapcsolásával számos, igen hasznos, komplex berendezés megalkotható.

ecoRobotix: https://www.youtube.com/watch?v=IKZfjtPquzs

A ClariFruit telefonos alkalmazás, működés közben (forrás: https://www.clarifruit.com/)

Ezt követte Mark Müller (Jülich Plant Phenotyping Centre – Jülich Növényi Fajtavizsgáló Központ) előadása az okos alkalmazásokról és a megfizethető eszközökről. Bemutatott olyan műszereket, amelyek segítségével felmérhető egy-egy növény levélfelületének nagysága, valamint fertőzés esetén a fertőzött levélfelület részaránya, ráadásul olyan táblagépekhez csatlakoztatható eszközökről is beszélt, amik a lombkorona teljes, háromdimenziós szkennelésére képesek, ezáltal a hajtások és levelek állásáról is jól dokumentált adatokra tehetünk szert.  A legmodernebb technológia olyan lehetőségeket is kínál, mint a SCiO nevű, hordozható molekuláris szkenner és a ClariFruit okostelefonos alkalmazás, melyek segíthetnek például egy gyümölcs érettségének vagy cukortartalmának megállapításában, anélkül, hogy a termésen bármilyen fizikai beavatkozást hajtanánk végre.

Az ezt következő előadást a kanadai Saskatchewani Egyetem Plant Phenotyping and Imaging Research Centre (Növényi Fajtavizsgáló és Képalkotó Kutatóközpont) kutatója, Ian Stavness tartotta: azokat a megoldásokat mutatta be, amelyek segítségével a fajtatesztek kísérleti parcelláinak tulajdonságait határozzák meg, köznapi értelemben vett helymeghatározó rendszerek nélkül. Elmondta, hogy a Mashine Learning (gépi tanulás) technológiát felhasználva, milyen programok segítségével azonosítják a mozgó traktorra rögzített, hagyományos (RGB) kamerák által készített képeken a növénysorokat, vagy számolják le a sorokban elhelyezkedő növényeket.

A ProTractor állomány-felvételezés közben és a bal oldali 3 kamera által rögzített felvételek (forrás: Higgs et al., 2019. ProTractor: a lightweight ground imaging and analysis system for early-season field phenotyping. in The IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition [CVPR] Workshops)

A nap utolsó előadója Scott Chapman, az ausztrál CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation – Nemzetközösségi Tudományos és Ipari Kutató Szervezet) munkatársa volt, aki az általuk használatos műszerek hordozására alkalmas eszközöket mutatta be. Elmesélte, hogy 2008 óta használnak drónokat (UAV, Unmanned Aerial Vehicle – Pilóta Nélküli Légi Jármű) a kísérleti területeik felmérésére. Az első ilyen „Phenocopter”-re a hagyományos (RGB) mellett hő és NIR (Near Infrared – Közeli Infravörös) kamerákat is felszereltek, képfeldolgozó egységgel és GNC (Guidance Navigation Control – Irányító Navigáló Vezérlő) rendszerrel. A dróntechnológia fejlődésével az általuk épített UAV-t felváltották a kereskedelmi drónok, 2016 óta már csak Phantom gyártmányú eszközöket használnak a növényállományok légi felvételezésére.

Az INVITE projekt 2023-ig tart, azonban már most is számtalan hatékony és modern eszköz áll a nemesítők, fajtavizsgáló intézetek és agrárkutatók rendelkezésére a növényfajták közötti különbségek felmérésére. Számos csúcstechnológiai eszköz – még ha néhányuk további fejlesztésekre és finomításokra is szorul – bizonyosan egyre jelentősebbé válik a fajtaértékelési eljárások során, s rövid időn belül a gazdálkodók mindennapi munkáját, az emberek életét is segíteni fogja. Az itt bemutatott módszerek a rohamosan fejlődő, precíziós mezőgazdaság eszköztárát is gyarapítják, ami egyre nagyobb arányban hódít teret hazánkban is.

A CSIRO által fejlesztett „Phenocopter” (forrás: Scott C. Chapman et al., 2014. Pheno-Copter: A Low Altitude, Autonomous Remote-Sensing Robotic Helicopter for High-Throughput Field-Based Phenotyping. in: Agronomy 2014, 4, 279-301)