Akustyka wśród… ROŚLIN!
Nowe perspektywy w monitorowaniu UPRAW
W ostatnich latach naukowcy dowiedli, że rośliny generują zróżnicowane sekwencje sygnałów akustycznych w odpowiedzi na różne czynniki zewnętrzne, które na nie oddziałują.
Temat ten postanowiła zgłębić Klara Chojnacka doktorantka na AGH w Krakowie oraz Senior R&D Engineer w Silencions.
Jak wygląda analiza akustyczna pomidorów i jakie może przynieść korzyści? Chodźcie zobaczyć!
O czym szepczą pomidory?
Badania przeprowadzone przez naukowców wykazały, że rośliny emitują sygnały ultradźwiękowe, których częstość emitowania oraz parametry akustyczne (częstotliwość oraz amplituda) zależą od takich czynników jak:
- stopień rozwoju rośliny,
- nieodpowiednia temperatura otoczenia,
- stan gleby,
- brak lub nadmiar wody,
- uszkodzenia mechaniczne,
- obecność szkodników lub bakterii.
Sygnały te są poza zakresem słyszalnym dla ludzi, jednak mogą być odbierane przez zaawansowane systemy pomiarowe o wysokiej częstotliwości próbkowania (>192 kHz) z wykorzystaniem mikrofonów o dużej czułości, szerokim zakresie działania oraz odpornych na warunki otoczenia.
pomiary akustyczne dla rozwoju pomidorów
Klara Chojnacka (na zdjęciu), od kilku miesięcy bierze udział w projekcie dotyczącym analizy akustycznej pomidorów. Naukowcy z AGH w Krakowie współpracują z Uniwersytetem Przyrodniczym we Wrocławiu, aby badać, jak zmiany środowiskowe wpływają na rozwój roślin.
Celem projektu jest ustalenie idealnych warunków uprawy pomidorów oraz badanie ich reakcji na różne czynniki środowiskowe.
Pomysł na badania wziął się z literatury naukowej. W ostatnich latach opublikowano przełomowe wyniki badań na temat dźwięków generowanych przez rośliny oraz różnic wynikających z gatunków tych roślin.
Pomiary plantacji pomidorów w szklarni Uniwersytetu Rolniczego we Wrocławiu mają na celu określenie możliwości detekcji zmian zachodzących w roślinach pod wpływem różnych czynników zewnętrznych. Możliwość wykonania pomiarów akustycznych w kontrolowanym środowisku, jakim jest szklarnia, wpływa na jakość rejestrowanych danych i wyklucza niekontrolowane zmiany parametrów.
Analiza akustyczna w krokach
Pomiary akustyczne
Pierwszy krok to przeprowadzenie pomiarów długookresowych, aby określić zmienności parametrów akustycznych w zależności od pory dnia, rozwoju rośliny oraz czasu jej nawodnienia.
Analiza pomiarów
W kolejnym kroku sygnały pomiarowe filtrowane są do zakresu częstotliwości powyżej 20 kHz, czyli do zakresu ultradźwięków. Następnie dokonywana jest analiza i ekstrakcja sygnałów impulsowych emitowanych przez rośliny.
Klasyfikacja sygnałów pomiarowych
W tym kroku algorytmy uczenia maszynowego klasyfikują przefiltrowane sygnały pomiarowe.
Po wstępnej selekcji i określeniu zbioru danych zarejestrowanych w trakcie pierwszej serii pomiarów możliwe będzie utworzenie zbioru uczącego.
Usprawniony proces hodowli
Dobrze wytrenowana sieć neuronowa pozwoli na automatyczną detekcję anomalii w zachowaniu rośliny, co w efekcie usprawni proces hodowli roślin.
Ta nieinwazyjna metoda może być stosowana zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i w naturalnym środowisku roślin.
ANALIZA WIDMOWA ZDROWEGO POMIDORA
Dokładna analiza sygnałów czasowych umożliwia ekstrakcję sygnałów impulsowych generowanych przez rośliny i ich dalszą analizę widmową.
Następnie, dzięki analizie widma częstotliwościowego, możliwe jest określenie co dokładnie dzieje się w danym momencie z rośliną.
Na wykresach przedstawiono sygnał generowany przez zdrową i odżywioną sadzonkę pomidora.
aKUSTYKA PRZYSZŁOŚCIĄ ROLNICTWA
Analiza akustyczna pomidorów to fascynujący przykład tego, jak nowoczesne technologie mogą wspierać rolnictwo i uprawy domowe.
Dzięki tej metodzie możemy lepiej zrozumieć potrzeby roślin i reagować na nie w sposób bardziej efektywny, co przekłada się na zdrowsze uprawy i lepsze plony. Z pewnością przyszłość rolnictwa kryje jeszcze wiele niespodzianek związanych z wykorzystaniem pomiarów akustycznych do monitorowania stanu zdrowia roślin.
Zachęcamy do śledzenia postępów w tej dziedzinie i zapoznania się z projektem Klary Chojnackiej na stronie AGH.
zacznijmy działać razem!
Od lat monitorujemy, diagnozujemy i rozwiązujemy problemy z hałasem oraz wibracjami. Tworzymy adaptacje akustyczne do zadań specjalnych.