Mfumo wa kuona kwa mashine wenye uwezo wa kupata na kutambua maua ya mfalme wa tufaha ndani ya vishada vya maua kwenye miti katika bustani ya matunda ulibuniwa na watafiti wa Jimbo la Penn—hatua muhimu ya mapema katika uundaji wa mfumo wa roboti wa uchavushaji—katika utafiti wa kwanza wa aina yake. .
Maua ya tufaha hukua katika vikundi vya maua manne hadi sita yanayoshikamana na matawi, na ua la katikati hujulikana kama ua la mfalme. Ua hili hufungua kwanza kwenye nguzo na kwa kawaida hukua tunda kubwa zaidi. Kwa hivyo, ni lengo kuu la mfumo wa uchavushaji wa roboti, kulingana na mtafiti Long He, profesa msaidizi wa kilimo na kilimo. uhandisi wa kibiolojia.
Uchavushaji wa wadudu kwa jadi umetegemewa kwa tija ya tufaha. Hata hivyo, ushahidi unaonyesha kuwa huduma za uchavushaji, kutoka kwa nyuki wafugwao na wachavushaji mwitu, hazilingani na mahitaji yanayoongezeka, Alibainisha. Kwa sababu ya ugonjwa wa kuanguka kwa koloni, nyuki duniani kote wamekuwa wakifa kwa viwango vya kutisha. Kwa hiyo, wazalishaji wanahitaji mbinu mbadala za uchavushaji.
Utafiti huu ni wa hivi punde zaidi uliofanywa na kikundi cha utafiti cha He katika Chuo cha Sayansi ya Kilimo, ambacho kimejitolea kutengeneza mifumo ya roboti ili kukamilisha kazi za kilimo zinazohitaji nguvu kazi nyingi kama vile kuchuma uyoga, kupogoa miti ya tufaha na kupunguza matunda ya kijani kibichi. Lengo la msingi la mradi huu, Alieleza, lilikuwa ni kuendeleza mfumo wa maono wa kina unaotegemea kujifunza ambao unaweza kutambua kwa usahihi na kupata maua ya mfalme kwenye mianzi ya miti.
"Tunafikiri matokeo haya yatatoa taarifa za msingi kwa mfumo wa roboti wa uchavushaji, ambao ungesababisha uchavushaji bora na unaoweza kuzaliana wa tufaha ili kuongeza mavuno ya matunda yenye ubora wa juu," Alisema. "Huko Pennsylvania, bado tunaweza kutegemea nyuki kuchavusha mazao ya tufaha, lakini katika maeneo mengine ambapo vifo vya nyuki vimekuwa vikali zaidi, wakulima wanaweza kuhitaji teknolojia hii mapema kuliko baadaye."
Xinyang Mu, mwanafunzi wa udaktari katika Idara ya Uhandisi wa Biolojia ya Kilimo, aliongoza utafiti wa maua ya mfalme. Mu alitumia Mask R-CNN—programu maarufu ya kompyuta ya kujifunza kwa kina ambayo hufanya sehemu za kiwango cha pikseli kutambua vitu ambavyo vimefichwa kwa sehemu na vitu vingine—ili kutambua na kupata maua ya mfalme katika mfumo wa kuona wa mashine.
Ili kuunda muundo wa utambuzi wa Mask R-CNN, alinasa mamia ya picha za kikundi cha maua ya tufaha. Kisha akatengeneza kanuni ya kugawanya maua ya mfalme ili kutambua na kupata maua ya mfalme kutoka kwa mkusanyiko huo mbichi wa picha za maua ya tufaha. Utafiti ulifanyika katika Kituo cha Utafiti wa Matunda na Ugani cha Penn State, Biglerville.
Gala na Honeycrisp apple aina zilichaguliwa kwa majaribio. Miti ya majaribio ilipandwa mwaka wa 2014 ikiwa na nafasi ya miti ya takriban futi 5 (Gala) na futi 6 1/2 (Honeycrisp). Miti hii ilifunzwa usanifu wa urefu wa dari wa spindle, na urefu wa wastani wa futi 13. Mfumo wa kupata picha wenye kamera uliwekwa kwenye gari la matumizi lililoendeshwa kati ya safu za miti.
Kufundisha mfumo wa kuona kwa mashine ili kupata maua ya mfalme ilikuwa ngumu, Mu alidokeza, kwa sababu yana ukubwa, rangi na umbo sawa na maua ya pembeni katika vishada, na maua ya mfalme kwa kawaida hufichwa na maua yanayozunguka kwa sababu ya nafasi yao kuu.
Ili kutimiza mahitaji ya uhamishaji wa mafunzo kwa ajili ya mafunzo ya kielelezo cha Mask R-CNN, picha mbichi ziliwekewa lebo katika madarasa mawili yaliyobainishwa awali: maua mahususi na maua yaliyofungwa. Ili kuongeza usahihi, seti ya data ya mafunzo ilipanuliwa kwa mara nne kwa kutumia mbinu za kuongeza data, Mu alielezea.
"Ili kutofautisha maua ya mfalme na maua ya kando, ua la kati zaidi ndani ya kila nguzo ya maua lililengwa, au kuwekwa ndani," alisema. "Mfumo wa kuona uliweka makundi ya maua kiotomatiki tofauti kulingana na mbinu ya kuchora ramani ya msongamano wa maua yenye pande mbili. Ndani ya kila kundi la maua lililogunduliwa, ua—au kinyago—katika sehemu iliyo katikati zaidi iliamuliwa kama ua la mfalme linalolengwa.”
Katika matokeo yaliyochapishwa hivi karibuni katika Teknolojia ya Kilimo Smart, watafiti waliripoti kiwango cha juu cha usahihi wa kutambua maua ya mfalme kutokana na algoriti ya Mu. Ikilinganishwa na vipimo vilivyochukuliwa kwa mikono na watafiti wanaotambua maua ya mfalme kwa jicho-vinaitwa vipimo vya ukweli wa msingi na watafiti-usahihi wa kutambua maua ya mfalme wa maono ya mashine ulitofautiana kutoka 98.7% hadi 65.6%.