科学家正在研究3D打印甜菜：植物表型分析的新工具

导读：德国科学家正在使用激光扫描生成甜菜的3D打印模型，在开发人工智能辅助作物管道改进方面迈出了一步。

△该研究的题目为“3D打印植物模型，可实现准确可靠的3D植物表型分析”（传送门）

2024年6月26日，南极熊获悉，德国Göttingen甜菜研究所的科学家与波恩大学（University of Bonn）合作开发了一种3D打印植物模型，以提高表型分析的准确性和可靠性。农业表型分析包括观察和分析植物，以预测其在特定环境中的状态。这一过程反映了植物的遗传信息与环境之间的相互作用，对于确定具有最佳属性的植物从而优化种植至关重要。

△用于（A）温室和（B）田间试验的甜菜3D打印参考模型

3D打印农作物用于科学研究

以前，表型分析依赖人工测量，这对农作物来说既繁琐又具有侵入性。然而，各种技术的出现使这一过程实现了自动化。传感器、光谱相机和人工智能现在已普遍用于表型分析。现在，这些工具将与甜菜的3D打印模型相结合，作为进一步提高作物产量和效率的范例。

模型的参考数据取自温室条件下的实际甜菜植物。使用激光雷达（LiDAR）扫描仪从12个角度获取3D数据，创建精确的点云。这些数据随后被用于创建在FDM打印机上打印的3D文件。虽然现阶段的研究有一定的简单性，但三维模型的优势是显著的。

△（A）现场机器人表型分析平台，配备（B）2台激光线扫描仪（LMI Gocator 2490）和（C）20台DSLM相机（尼康Z7）

首先，作物预测将得到改善。为了获得作物状态的完整信息，农业需要传感器将叶片大小、果实质量、叶片倾斜角度、形状等数据数字化。获得这些数据后，在人工智能的帮助下，使用特定的软件生成完整的报告和预测模型。这样，农民就可以在适当的时候进行干预。不过，要进行这样的预测，系统需要参考什么是"典范"植物，这就是3D打印模型发挥作用的地方。

△3D打印甜菜模型

事实上，与以前简单的数字数据相比，植物的物理模型有助于使结果更加准确。该研究的主要作者Jonas Bömer解释说：“在三维植物表型领域，对所使用的传感器系统、计算机算法和捕获的形态参数进行参照是一项具有挑战性但又非常重要的任务。应用3D打印技术生成可重现的参考模型，为开发客观准确的标准化参考方法提供了新的思路，从而有利于科学研究和实际植物育种工作。”

这项研究的原理并不局限于甜菜。人工智能、传感器技术和3D打印技术的结合可以应用于任何植物，从而更好地监测作物。科学家们表示，整个研究是开放式的，并邀请其它实验室和感兴趣的各方来实施不同的模型。

最后，农业技术正在不断进步。近年来，无人机、农用机器人、扫描仪、精准播种机和人工智能等工具的应用大幅增加。这些创新技术主要提高了农作物产量，促进了智能化管理实践。这项研究证明了这一点，