Управляемый ИИ микроскопический аппарат собирает питательные вещества из клеток растений

Исследователи Датского технического университета создали управляемое нейросетью устройство, собирающее питательные вещества напрямую из клеток растений. Диаметр наконечника сборщика в десять раз меньше диаметра целевых клеток. 

Продукты метаболизма растительных клеток (метаболиты) обладают биологической активностью, поэтому исследователи используют их для производства лекарств, борьбы с насекомыми-вредителями, в пищевой и косметической отраслях. Особенности структуры метаболитов затрудняют их синтез в лабораторных условиях, поэтому растения остаются главным источником биологически активных веществ (БАВ). 

Процесс извлечения метаболитов из растений трудоёмкий и занимает много времени. Сборка растений проходит в строго определённое время года. После производителям необходимо очистить растения, измельчить, сделать экстракт и избавить экстракты от многочисленных ненужных примесей. Например, в сухом экстракте из табака (N. rustica) кроме никотина (около 20 %) содержится до 18 % лимонной кислоты и других примесей. От чистоты экстрактов зависит качество итогового продукта. 

Метаболиты находятся внутри клеток растений. Чтобы добиться получения чистого БАВ и обойти трудоёмкий процесс экстракции, исследователи поставили цель добраться до внутренней среды клетки и точечно вытягивать нужные вещества. Для этого они создали робота-сборщика, которым управляют алгоритмы нейросети. 

Для разработки алгоритма исследователи использовали трансферное обучение. Они загрузили в нейросеть несколько изображений с микроскопа, на которых вручную пометили нужные клетки. 

Далее нейросеть фотографировала лист растения с помощью камеры микроскопа и пропускала изображение через разработанные алгоритмы. Программное обеспечение распознавало богатые метаболитами клетки и направляло к ним микроскопическую иглу. 

Диаметр иглы на наконечнике составляет 10 микрон, диаметр целевых клеток около 100 микрон. Тонкая игла прокалывала мембрану и вытягивала БАВ, после чего выходила из клетки. Благодаря особенностям мембраны, микроскопическое отверстие на поверхности клетки быстро затягивалось. Таким образом, после сборки урожая клетка продолжала функционировать. 

Робот кропотливо собирал урожай от клетки до клетки. В итоге учёные получили чистый экстракт растений без примесей, сохранив при этом само растение. 

Сейчас исследователи работают с листьями и небольшими растениями, но в будущем планируют адаптировать технологию для промышленных масштабов и создать маленьких роботов для сбора урожая. Также исследователи рассчитывают приспособить технологию для получения сахара и биотоплива из живых деревьев. 

Материалы исследования опубликованы в статье «Neural networks and robotic microneedles enable autonomous extraction of plant metabolites» в журнале Plant Physiology https://doi.org/10.1093/plphys/kiab178

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»