Cyber ​​Farming:Die Zukunft nachhaltiger Landwirtschaft

„9,7 Milliarden Menschen bis 2050“ – ja, davon haben wir schon genug gehört. Dies ist jedoch nach wie vor der treibende Faktor für unzählige Entdeckungen und Erfindungen, die darauf abzielen, die Zukunft für alle nachhaltig zu gestalten. Im Agrar- und Lebensmittelsektor definieren Innovatoren den Anbau und die Verteilung von Agrarprodukten neu, um eine erhöhte Lebensmittelsicherheit und eine bessere Ernährungssicherheit auf der ganzen Welt zu gewährleisten. Eine der bahnbrechenden Innovationen in der Pflanzenproduktion ist derzeit die „Cyber-Landwirtschaft“, eine Methode, die von Forschern der Open Agriculture Initiative (OpenAg) des Media Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) identifiziert wurde.

Cyber-Landwirtschaft, auch bekannt als „kontrollierte Umweltlandwirtschaft“, untersucht die wissenschaftliche Untersuchung des Pflanzenwachstums unter verschiedenen Anbaubedingungen, um Pflanzen mit den gewünschten Eigenschaften zu produzieren. Dieser Ansatz beinhaltet eine Kombination aus Botanik, Chemie und insbesondere maschinellen Lernalgorithmen. Das Forscherteam testete seinen Ansatz an Basilikumpflanzen, die in hydroponischen Behältern im Lager des MIT-Bates Laboratory aufbewahrt wurden. Die vom MIT entwickelten Pflanzgefäße, „Food Computer“ genannt, wurden so aufgestellt, dass Temperatur, Licht, Luftfeuchtigkeit und andere Umgebungsbedingungen gezielt reguliert werden können. Robotersysteme helfen bei der Kontrolle der Umgebung, während das Team die Reaktion der Pflanze auf einen bestimmten Reiz genau überwacht. Diese Einrichtung erleichterte eine besser kontrollierte und vorhersehbare Umgebung zur Verwaltung und Überwachung der Anlagen.

„In den meisten Fällen ermöglicht uns die Lebensmittelcomputertechnologie, den Algorithmus so vorzuprogrammieren, dass das Pflanzenwachstum ziemlich autark ist. Alle Lebensmittelcomputer verfügen über vorprogrammierte Lichtverhältnisse sowie Kameras, die jede Pflanze innerhalb des Systems einzeln überwachen und Bilder sammeln. Der Grad der Selbstversorgung hängt jedoch wirklich vom jeweiligen System ab – und daher haben wir normalerweise einen Forscher, der das Wachstum überwacht.“
— John de la Parra, Forschungsleiter der Open Agriculture Initiative.

Für das Experiment variierte das Team die Dauer der Licht- und UV-Exposition. Als das Basilikum ausgewachsen war, maßen die Forscher die flüchtigen chemischen Verbindungen in den Blättern mit chemischen Analysemethoden wie Massenspektrometrie und Gaschromatographie auf ihre Konzentration. Die aus der Analyse gesammelten Daten wurden dann in fortschrittliche Algorithmen für maschinelles Lernen eingespeist, um eine beträchtliche Anzahl möglicher Licht- und UV-Dauer-Kombinationen zusammen mit einer Reihe anderer Wachstumsbedingungen abzuleiten, um den Geschmack der Basilikumpflanze zu maximieren.

Bildnachweise :Melanie Gonick / MIT

Das Ergebnis? Basilikumpflanzen vierundzwanzig Stunden am Tag dem Licht auszusetzen, ergab den besten Geschmack. Wer hätte das sonst gewusst, wäre da nicht die Anwendung der digitalen Landwirtschaft? Bemerkenswerterweise verbesserten die Forscher den Geschmack der Pflanze nicht durch genetische Veränderung, sondern nur durch Optimierung der Wachstumsbedingungen in der Umgebung, um ihre chemische Zusammensetzung zu verändern. Der Erfolg dieses Experiments ermöglicht es anderen Forschern und Wissenschaftlern, die Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Umwelt durch die Digitalisierung von Pflanzeneigenschaften zu verstehen.

Laut Caleb Harper, Direktor der OpenAg-Gruppe und leitender Forschungswissenschaftler im Media Lab des MIT, „ist es unser Ziel, Open-Source-Technologie an der Schnittstelle von Datenerfassung, Sensorik und maschinellem Lernen zu entwickeln und sie auf die Agrarforschung anzuwenden auf eine Weise, die noch nie zuvor gemacht wurde“. Sein Team experimentiert derzeit mit Kräutern, um ihre Fähigkeit zur Bekämpfung menschlicher Krankheiten zu verbessern, einschließlich bestimmter Verbindungen in Basilikum zur Kontrolle des Blutzuckers. Das Team hofft auch, das Wachstum von Pflanzen unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen und Pflanzenproduzenten in die Lage zu versetzen, sich an den Klimawandel anzupassen.

Solche Durchbrüche im Agrar- und Ernährungssektor bieten, obwohl experimentell, viel Hoffnung für die Menschheit insgesamt. Indem nur die Umweltbedingungen modifiziert werden, um einzelne Pflanzenqualitäten wie Geschmack, Faserstärke, Nährstoffe, medizinische Eigenschaften und Klimaresistenz zu verbessern, revolutioniert die Cyber-Landwirtschaft tatsächlich die Art und Weise, wie wir mit Datensicherheit und KI Landwirtschaft betreiben. Zugegeben, dass dieser Ansatz der Landwirtschaft keine Auswirkungen auf die Umwelt hat, müssen die Forscher noch feststellen, ob er schädliche Auswirkungen auf Lebewesen hat. Bis dahin können die Cyber-Landwirtschaft und zahlreiche andere Innovationen, die technologische Fortschritte nutzen, die Erzeuger von Agrarlebensmitteln in die Lage versetzen, die Herausforderungen anzugehen, die mit der Produktion angemessener Lebensmittel, Futtermittel und Fasern für die zusätzlichen zwei Milliarden Menschen verbunden sind, die in den nächsten drei Jahrzehnten noch auf der Erde leben werden .

Wie hilft die Agrartechnologie bei der Bewältigung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Landwirtschaft?

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