HyperBird: platforma de imagistică ce detectează bolile viței-de-vie înainte ca acestea să fie vizibile
O echipă de cercetători a dezvoltat HyperBird, o platformă de imagistică hiperspectrală capabilă să identifice bolile viței-de-vie, precum făinarea și mana, cu câteva zile înainte ca simptomele fizice să devină vizibile. Această avansare le-ar putea permite amelioratorilor de plante să accelereze dezvoltarea soiurilor rezistente la boli, iar viticultorilor să aplice fungicidele încă din fazele incipiente ale infecției.
În timp ce camerele obișnuite înregistrează trei benzi de lungimi de undă din spectrul vizibil, imagistica hiperspectrală surprinde sute de benzi înguste. Folosind această tehnologie, cercetătorii au creat un microscop de fenotipizare cu randament ridicat, care poate procesa sute de mostre de frunze în câteva ore, detectând modificări din interiorul frunzei înainte ca acestea să fie observabile la suprafață. Progresul tehnologiei este descris în trei studii publicate recent.
Katie Gold, profesor asistent de patologia viței-de-vie la Cornell AgriTech, a declarat că platforma pune la dispoziția cercetătorilor puterea analizei hiperspectrale și a celei cu randament ridicat într-un mod mult mai accesibil. La rândul său, Yu Jiang, profesor asistent și inginer de sisteme în cadrul Școlii de Științe Integrative ale Plantelor de la Cornell AgriTech, a explicat că informațiile hiperspectrale, dincolo de spectrul vizibil, pot oferi perspective asupra proceselor biologice dintre țesuturile frunzelor și agenții patogeni.
Proiectul a soluționat și o problemă majoră care limita imagistica hiperspectrală la scară microscopică, legată de rezoluția spațială, necesară pentru a distinge o mică pată de boală de pixelii care reprezintă celulele sănătoase din jur. Jiang a comparat situația cu dificultatea de a găsi o cutie de suc într-o fotografie a unei încăperi mari, unde lumina reflectată de obiect se amestecă cu cea din jur dacă imaginea nu este suficient de detaliată.
HyperBird este o extensie hiperspectrală a Blackbird, o tehnologie prototip dezvoltată de Jiang și Lance Cadle-Davidson, cercetător în patologia plantelor la Serviciul de Cercetare Agricolă al USDA. În 2021, echipa a anunțat lansarea Blackbird, o cameră robotică de fenotipizare care înregistrează în lungimi de undă roșu, albastru și verde. Dacă Blackbird oferea rezoluția spațială a unui microscop optic, HyperBird oferă de aproximativ 200 de ori mai multă rezoluție spectrală per pixel.
Tehnicienii colectează încă manual fragmente de frunze de dimensiunea unei monede pentru HyperBird, aceasta fiind cea mai consumatoare de timp etapă a analizei, iar studenții la robotică încearcă să o automatizeze. Unul dintre studii, publicat pe 20 mai în jurnalul Plant Disease, a evaluat utilizarea imagisticii hiperspectrale pentru fenotipizarea automată cu randament ridicat în programele de patologie și ameliorare a plantelor. Tehnologia a colectat nouă terabytes de imagini hiperspectrale de înaltă calitate într-o singură zi, demonstrând principiul detectării bolii înainte ca aceasta să devină vizibilă, a identificat reziduuri de fungicide și a relevat linii de viță-de-vie ameliorate pentru rezistență la boli.
HyperBird a fost apoi dezvoltat formal de Jinhong Yu, doctorand în laboratorul lui Jiang, într-un studiu publicat pe 8 septembrie în jurnalul Plant Phenomics. Robotul poate identifica zonele mici bolnave și le poate compara cu spectrele medii ale restului frunzei pentru a determina progresia manei și făinării. Conform lui Gold, acuratețea obținută anterior în a șasea sau a noua zi de la infecție este acum atinsă în a treia zi, ceea ce reprezintă o creștere a randamentului de două-trei ori.
Un alt studiu, publicat pe 29 iunie în Plant Disease, cu Lorenzo Pippi ca prim autor, a testat capacitatea HyperBird de a evalua în condiții reale performanța fungicidelor convenționale și a biofungicidelor împotriva manei viței-de-vie. Colectând discuri de frunze din podgorie, echipa a constatat că imagistica hiperspectrală poate surprinde modificările optice timpurii asociate infecției și poate diferenția tratamentele aplicate pe baza reziduurilor de pe frunze. Echipa colaborează cu Moblanc Robotics pentru fabricarea HyperBird, tehnologia având aplicații potențiale și pentru alte plante și boli, iar discuțiile au început deja cu o companie din industria brânzeturilor.
