Traduzido de Science Daily
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O objetivo de Kaare Hartvig Jensen, professor associado da DTU Physics, era reduzir a necessidade de colheita, transporte e processamento de safras para a produção de biocombustíveis, produtos farmacêuticos e outros produtos. O novo método de extração das substâncias necessárias, chamadas de metabólitos vegetais, também elimina a necessidade de processos químicos e mecânicos.
Os metabólitos das plantas consistem em uma ampla gama de produtos químicos extremamente importantes. Muitos, como a artemisinina, um antimalárico, têm propriedades terapêuticas notáveis, enquanto outros, como a borracha natural ou o biocombustível de seiva de árvore, têm propriedades mecânicas.
Coletando célula por célula
Como a maioria dos metabólitos das plantas é isolada em células individuais, o método de extração dos metabólitos também é importante, pois o procedimento afeta a pureza e o rendimento do produto.
Geralmente, a extração envolve trituração, centrifugação e tratamento químico com solventes. Isso resulta em considerável contaminação, o que contribui para elevados custos financeiros e ambientais de processamento.
“Todas as substâncias são produzidas e armazenadas nas células individuais da planta. É aí que você precisa entrar se quiser o material puro. Quando você colhe a planta inteira ou separa os frutos dos galhos, também colhe muito tecido que não contém a substância em que está interessado “, explica Kaare Hartvig Jensen.
“Portanto, há duas perspectivas. Se você quer extrair as substâncias puras, tem que fazer célula por célula. E quando você pode fazer isso, como mostramos, não precisa colher a planta.” Aí você pode colocar o pequeno robô e ele pode funcionar sem danificar a planta ”, diz Kaare.
A equipe está trabalhando atualmente com plantas e folhas, mas no futuro este tipo de colheitadeira poderá ser usado em uma escala um pouco maior.
A esperança é que esta abordagem única possa criar uma nova fonte de biomassa e estimular a pesquisa em uma nova área de produção de energia sustentável.
Uma coisa para a qual a tecnologia poderia ser usada no futuro é aproveitar a energia das árvores, que contêm uma grande quantidade de biocombustível.
“Nas florestas do norte do Canadá e da Rússia, existem florestas de abetos com cerca de 740 bilhões de árvores completamente intactas. Isso é cerca de 25% do número total de árvores do planeta. Com o desenvolvimento dessa tecnologia, podemos tirar proveito das árvores obter açúcar e fazer biocombustível sem cortar ou danificar as árvores ”, explica Kaare.
Inteligência artificial em nível microscópico
As células da fruta e da folha que o colhedor está procurando têm 100 mícrons de diâmetro e a ponta da agulha tem cerca de 10 mícrons de diâmetro. Portanto, a colheita é feita na escala da largura de um fio de cabelo.
Magnus Valdemar Paludan, aluno de doutorado da DTU Physics que criou o sistema de análise de imagens, reconhecimento de imagens e controle de robôs, explica.
“Tudo é feito com uma câmera de microscópio. Para começar, marquei manualmente os pixels nas imagens microscópicas que mostram as células que o robô irá coletar. Essas informações podem ser usadas para treinar um computador para encontrar células semelhantes em novas imagens.”
O aprendizado de máquina e uma rede neural pré-existente, GoogLeNet, são os blocos de construção da tecnologia. A rede já consegue reconhecer estruturas macroscópicas e pode examinar uma imagem e dizer se, por exemplo, há um elefante ou uma pimenta vermelha escondida na foto.
“Usamos uma técnica chamada transferência de aprendizagem, que usa a capacidade da rede neural existente de reconhecer diferentes objetos em uma imagem. Ao mostrar ao computador uma série de novas imagens com as células marcadas manualmente, pudemos ajustar os parâmetros do rede para reconhecer células microscópicas ricas em metabólitos “, diz Magnus.
“O colhedor pode entrar e tirar uma foto da folha com a câmera do microscópio, executá-la no software e reconhecer as células que precisa coletar. Depois, ele pode extrair os produtos químicos automaticamente usando um microbot, enquanto o resto da planta o faz permanece intacto “, explica Magnus.
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