Większość kawy na świecie uprawiana jest w regionach tropikalnych. Jednak zmieniający się klimat może umożliwić uprawę kawy dalej na północ – na przykład na Florydzie.
Aby zrozumieć, jak to może działać, naukowcy z University of Florida już uprawiają rośliny kawy w jednostce UF/IFAS Plant Science Research and Education Unit, około 30 minut na południe od głównego kampusu UF w Gainesville.
Te badania mogą pewnego dnia wyprodukować poranną filiżankę radości, która ma swoje korzenie w słonecznym stanie.
Projekt realizowany we współpracy pomiędzy UF Herbert Wertheim College of Engineering i UF/IFAS jest finansowany z grantu Narodowego Instytutu Żywności i Rolnictwa USDA.
Klimat
„Kawa jest uprawą o znaczeniu globalnym, która już teraz stoi przed poważnymi wyzwaniami związanymi ze zmianą klimatu. Obecnie świat niewiele wie o korzeniach kawowca, ich architekturze i funkcji w warunkach zmiany klimatu. Korzenie są kluczowymi punktami w tym procesie” – powiedział Rowland.
Jednak korzenie nie są łatwe do zbadania – i to nie tylko dlatego, że znajdują się pod ziemią.
„Większość metod badania żywych korzeni ostatecznie obejmuje niszczenie korzeni lub hodowanie roślin w bardzo sztucznym środowisku laboratoryjnym” – powiedział Chris Wilson, adiunkt agroekologii na wydziale agronomii i członek zespołu badawczego zajmującego się kawą. W skład tego zespołu wchodzi również Stefan Gerber, profesor nadzwyczajny w wydziale gleb i wód.
Aby zrozumieć, jak kawa rośnie w terenie, naukowcy używają minirizotronów, przezroczystych plastikowych rurek z małymi kamerami w środku. Urządzenia są umieszczane pod ziemią obok roślin, aby rejestrować obrazy ich korzeni.
Minirizotrony zbierają tak wiele informacji, że przesiewanie ich zajęłoby bardzo dużo czasu, powiedział Rowland.
System obrazowania hiperspektralnego
Dlatego naukowcy UF/IFAS współpracują z Aliną Zare i Sanjeevem Koppalem z College of Engineering, aby zastosować sztuczną inteligencję i technologię uczenia maszynowego w celu usprawnienia i przyspieszenia tego procesu.
Zare opracuje podejścia wykorzystujące sztuczną inteligencję do automatycznego przetwarzania i rozumienia obrazów minirizotronowych. Koppal opracuje nowe systemy obrazowania hiperspektralnego oparte na wizji komputerowej, aby uchwycić więcej informacji o korzeniach i otaczającej je glebie, niż można uzyskać za pomocą obecnych systemów minirizotronowych.
Ten projekt to tylko jeden przykład tego, jak naukowcy z UF wykorzystują sztuczną inteligencję do rozwoju sektora rolniczego na Florydzie. W ramach badania Zare powiedział, że naukowcy wykorzystają superkomputer HiPerGator 3.0 do przetestowania opracowanych przez siebie algorytmów do analizy danych z minirizotronów. HiPerGator 3.0 jest częścią wartego 70 milionów dolarów partnerstwa między Nvidią a UF i doprowadzi do większej liczby projektów badawczych opartych na sztucznej inteligencji na całym uniwersytecie.
„Zbiory danych minirhizotronu są niezwykle duże, wymagają dużej ilości przetwarzania obrazu i są obarczone ogromną zmiennością pomiarów, biorąc pod uwagę małe szczeliny. Wszystkie te problemy są podatne na podejścia do uczenia maszynowego” – powiedział Rowland. „Wierzymy, że obecne algorytmy opracowywane w ramach naszej współpracy będą w stanie zautomatyzować i przyspieszyć gromadzenie znacznych porcji danych z danych minirhizotronowych”.
Chroniony cytrusami
Minirizotrony będą zbierać dane z kawowców rosnących w jednostce naukowo-edukacyjnej UF/IFAS, gdzie naukowcy zasadzili kawę obok istniejących drzew cytrusowych.
„Kawa jest bardzo wrażliwa na zimno, więc postanowiliśmy spróbować wyhodować ją z innym drzewem, które może ją chronić. Ponadto w gaju cytrusowym zainstalowano systemy ochrony przed zamarzaniem, które mogą również chronić kawę” – powiedział Rowland.
Podczas gdy naukowcy uprawiają obecnie kawę obok cytrusów ze względów praktycznych, kombinacja może pewnego dnia być korzystna ekonomicznie, stwierdzili.
„Gdy myśleliśmy o tym więcej, moglibyśmy również zbadać kombinację cytrusów i kawy jako możliwy system upraw na Florydzie — być może przyszłą opcję, którą hodowcy cytrusów mogliby rozważyć. Jest to dalekie odejście — należałoby opracować różne pytania i logistykę — ale zdecydowanie warto je zbadać — powiedział Wilson.
Oprócz zbadania, jak zachowują się korzenie ich kawowca, naukowcy są również ciekawi, jak smakuje ich kawa z Florydy. Planują prażenie i warzenie partii próbnej.
„Nasza grupa badawcza nabyła precyzyjną palarkę kawy w mikropartiach. Cieszymy się, że możemy wypróbować różne metody palenia ziaren kawy, które produkujemy” – powiedział Rowland.
Aby uzyskać więcej informacji:
UF/IFAS
www.ifas.ufl.edu