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von A. Fäh

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3D-Druck revolutioniert die Pflanzenzucht


 
  • Neue Technologien wie Laser-Scanning und 3D-Druck ermöglichen detaillierte Pflanzenmodelle.

  • Diese Modelle sind reproduzierbar und für den Einsatz im Feld geeignet.

  • Die frei verfügbaren Druckdateien erleichtern die internationale Forschung und kostengünstige Anwendung.

 

Laser-Scan und 3D-Druck schaffen detailgetreues Modell einer Zuckerrübenpflanze.

Ein kürzlich veröffentlichter Forschungsbericht zeigt, wie moderne Technologien wie Laser-Scanning und 3D-Druck in der Pflanzenzucht des 21. Jahrhunderts eingesetzt werden können. Forscher haben ein detailliertes 3D-Modell einer Zuckerrübenpflanze erstellt, das die wesentlichen Merkmale der oberirdischen Teile der Pflanze erfasst und für KI-gestützte Optimierungsprozesse verwendet werden kann.


Diese innovativen Zuckerrübenmodelle sind reproduzierbar und für den Einsatz im Feld geeignet. Die Daten, Methoden und 3D-Druckdateien sind frei verfügbar, was es Wissenschaftlern weltweit ermöglicht, genaue Kopien des Referenzmodells zu erstellen und so ihre Forschungsergebnisse besser vergleichbar zu machen. Das Modell und seine Validierung wurden in der Fachzeitschrift GigaScience veröffentlicht.


Moderne Pflanzenzucht ist ein datenorientiertes Unterfangen, das maschinelle Lernalgorithmen und fortschrittliche Bildgebungstechnologien einsetzt, um wünschenswerte Eigenschaften auszuwählen. „Pflanzenphänotypisierung“ – die Wissenschaft der präzisen Informations- und Messdatenerfassung an Pflanzen – hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht.


Früher waren diese Messungen mühsame Handarbeit. Heute werden sie zunehmend automatisiert und von künstlicher Intelligenz unterstützt. Automatisierte Systeme können komplexe Informationen über Pflanzen erfassen, die für Menschen schwer zugänglich wären. Ein entscheidender Faktor in dieser sensorbasierten Pflanzenzucht ist das Vorhandensein präziser Referenzmaterialien.


Die neuen 3D-gedruckten Zuckerrübenmodelle wurden mit diesen Anwendungen im Blickfeld erstellt. Sie bieten den zusätzlichen Vorteil, dass die Druckdateien kostenlos heruntergeladen und verwendet werden können. Dies ermöglicht eine kostengünstige Adaption der Technologie auch in ressourcenarmen Umgebungen, beispielsweise in Entwicklungsländern.


Um die präzisen Daten für das realistische Modell zu sammeln, verwendeten die Autoren – Jonas Bömer und Kollegen vom Institut für Zuckerrübenforschung (Göttingen) und der Universität Bonn – LiDAR (Light Detection and Ranging)-Technologie. Eine echte Zuckerrübenpflanze wurde aus 12 verschiedenen Blickwinkeln von einem Laser gescannt. Nach der Verarbeitung wurden die Daten an einen kommerziellen 3D-Drucker gesendet, um das Modell in Originalgrösse zu erstellen. Dieses Modell wurde dann im Labor und im Feld getestet.


Jonas Bömer erklärt: „Im Bereich der dreidimensionalen Pflanzenphänotypisierung stellt die Referenzierung der genutzten Sensorsysteme, Computeralgorithmen und erfassten morphologischen Parameter eine herausfordernde, aber fundamentale Aufgabe dar. Die Anwendung additiver Fertigungstechnologien zur Erstellung reproduzierbarer Referenzmodelle bietet eine neuartige Möglichkeit, standardisierte Methoden für objektive und präzise Referenzierungen zu entwickeln.“


Dieser Ansatz ist natürlich nicht auf Zuckerrüben beschränkt. Die Studie zeigt, wie die Kombination aus künstlicher Intelligenz, 3D-Druck und Sensortechnologie zur Pflanzenzucht der Zukunft beitragen kann – und so dazu beiträgt, die Weltbevölkerung mit gesunden, köstlichen Pflanzen zu versorgen.

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