בלשי צמחים ומהנדסים מאוניברסיטת פלורידה משתמשים בבינה מלאכותית כדי למצוא מחלה מוקדם כדי שמגדלים שמייצרים דלעת קיץ יוכלו לשמור עליה בשליטה. גילוי מוקדם נותן לחקלאים סיכוי לחימה ליבול טוב יותר.
דלעת קיץ וחורף גדלה באופן מסחרי ברחבי המדינה, במיוחד בדרום מזרח ודרום מערב פלורידה. בשנת 2019, מגדלי פלורידה קטפו 7,700 דונם של סקווש, עם שווי ייצור של 35.4 מיליון דולר, על פי שירות הסטטיסטיקה החקלאית הלאומי של USDA. אבל מחלת טחב אבקתי, הנפוצה בכל העולם, יכולה להפחית את התשואות.
"הסביבה האידיאלית להדבקה של טחב אבקתי היא מזג אוויר לח, שתילה בצפיפות גבוהה וצל", אמר יאניס אמפאצידיס, עוזר פרופסור להנדסה חקלאית וביולוגית של UF/IFAS ומחבר שותף של מחקר חדש על גילוי מוקדם של טחב אבקתי, שפורסם בכתב העת Biosystems Engineering.
לצורך המחקר, חוקרי UF/IFAS השתמשו במערכת חישה המחוברת לרחפנים כדי לאסוף נתונים ספקטרליים של טחב אבקתי על דלעת קיץ בשדות ובמעבדות של UF/IFAS מרכז המחקר והחינוך בדרום מערב פלורידה.
חוקרי UF/IFAS השתמשו בטכנולוגיה שאינה מסתמכת על תסמינים חזותיים כדי לזהות טחב אבקתי, אמר אמפאצידיס. עיניים אנושיות יכולות לראות רק את החלק הקל של הספקטרום האלקטרומגנטי. טכנולוגיה זו יכולה "לראות" יותר. לפיכך, חוקרים השתמשו במחקר זה כדי לזהות את אורכי הגל הטובים ביותר לזיהוי מוקדם של טחב אבקתי - על עלים שלא היו להם תסמינים או שהפגינו תסמינים מוקדמים.
חוקרים השתמשו בלמידת מכונה - תת-קבוצה של בינה מלאכותית - שיכולה "ללמוד" מנתונים ספקטרליים כדי לזהות טחב אבקתי. הנתונים הגיעו מרחפנים וממערכות חישה קרקעיות. מודל לימוד המכונה המאומן זיהה טחב אבקתי בשלבי התפתחות שונים של המחלה, אמר אמפאצידיס. מערכת למידת המכונה בונה מודל מתמטי לזיהוי טחב אבקתי מבלי להיות מתוכנת על ידי אדם לבצע שלבים ספציפיים.
עם התמונות וניתוח ההחזר הספקטרלי של עלי דלעת, מדענים זיהו אבקתי בערך 95% מהמקרים. למעשה, גם ללא תסמינים גלויים של המחלה, הטכנולוגיה הראתה לחוקרים את המחלה ב-82% עד 89% מהמקרים.
"חיוני לזהות טחב אבקתי מוקדם, מכיוון שהמחלה מתפשטת במהירות והנגעים גדלים בגודלם, מפתחים ציפוי לבן או אפור מאובק", אמר אמפאצידיס, יועץ הפקולטה לג'עפר עבדולרידה, חוקר הפוסט-דוקטורט של UF/IFAS שהוביל המחקר.
פמלה רוברטס, פרופסור לפתולוגיה צמחית של UF/IFAS, זקוקה לנתונים ממהנדסים כמו Ampatzidis, כדי לעזור לה למצוא מחלות בשלבים המוקדמים ביותר. היא משווה את זה לגילוי מוקדם של מחלות אנושיות.
"גילוי מוקדם של כל בעיה בריאותית, בין אם בבני אדם ובין אם בצמחים, נותן את הסיכוי הטוב ביותר לשלוט בה באמצעות התערבות מוקדמת", אמר רוברטס, שותף למחקר. "כמו כן, מחלות צמחים נשלטות ביתר קלות בשלב מוקדם כאשר אוכלוסיית הפתוגנים נמוכה, בהשוואה למאוחר יותר במגיפה."
"בנוסף, טכנולוגיה זו עשויה למעשה להפחית את השימוש בתרסיסים כימיים, על ידי ביטול יישומים שניתן לבצע לפני שיש למעשה מחלה כלשהי לשלוט", אמרה. "מכיוון שטחב אבקתי הוא בעיה כרונית בסקווש בדרום מערב פלורידה, זו רק שאלה של מתי, לא אם, המחלה תופיע. תזמון מדויק של קוטלי פטריות, בין אם בחקלאות קונבנציונלית ובין אם בחקלאות אורגנית, יכול להגביר את יעילות המוצר ולהקטין הפסדים".
התסמינים העיקריים של טחב אבקתי הם כתמים לבנים או כתמים, בדרך כלל על העלים. קשה לאבחן טחב אבקתי בשלבי הדבקה מוקדמים בגלל תסמינים על עלים נמוכים יותר, בוגרים יותר, שלעתים קרובות מכוסים על ידי עלים אחרים.
"בקיצור, מחלה יכולה לשנות את תכונות העלים ולהשפיע על כמות האור המוחזרת מעלים באזורים מחוץ לספקטרום הנראה, שבני אדם לא יכולים לראות", אמר אמפאצידיס.
- בראד באק, אוניברסיטת פלורידה