De meeste koffie in de wereld wordt verbouwd in tropische streken. Door een veranderend klimaat kan koffie echter verder naar het noorden groeien, bijvoorbeeld in Florida.
Om te begrijpen hoe dat zou kunnen werken, kweken wetenschappers van de University of Florida al koffieplanten bij de UF / IFAS Plant Science Research and Education Unit, ongeveer 30 minuten ten zuiden van de belangrijkste UF-campus in Gainesville.
Dit onderzoek zou ooit een ochtendbeker van vreugde kunnen opleveren met zijn oorsprong in de Sunshine State.
Dit project, een samenwerking tussen het UF Herbert Wertheim College of Engineering en UF/IFAS, wordt gefinancierd door een subsidie van het USDA National Institute of Food and Agriculture.
Klimaat
“Koffie is een gewas van wereldwijd belang dat door klimaatverandering al voor grote uitdagingen staat. Op dit moment weet de wereld heel weinig over de wortels van koffieplanten, hun architecturen en hun functie onder omstandigheden van klimaatverandering. De wortels zijn de belangrijkste punten in dit proces, ”zei Rowland.
Wortels zijn echter niet gemakkelijk te bestuderen - en niet alleen omdat ze ondergronds zijn.
"De meeste methoden om levende wortels te bestuderen, omvatten uiteindelijk het vernietigen van de wortels of het kweken van planten in een zeer kunstmatige laboratoriumomgeving", zegt Chris Wilson, assistent-professor agro-ecologie op de afdeling agronomie en lid van het koffieonderzoeksteam. Stefan Gerber, universitair hoofddocent bij de afdeling bodem- en waterwetenschappen, maakt ook deel uit van dit team.
Om te begrijpen hoe koffie in het veld groeit, gebruiken de onderzoekers minirhizotrons, doorzichtige plastic buisjes met daarin kleine camera's. De apparaten worden ondergronds naast planten geplaatst om beelden van hun wortels op te nemen.
Minirhizotrons verzamelen zoveel informatie dat het erg lang zou duren voordat iemand alles doorzocht, zei Rowland.
Hyperspectraal beeldvormingssysteem
Daarom werken de UF / IFAS-wetenschappers samen met Alina Zare en Sanjeev Koppal in het College of Engineering om kunstmatige intelligentie en machine learning-technologie toe te passen om dat proces te verbeteren en te versnellen.
Zare zal kunstmatige intelligentiebenaderingen ontwikkelen om de minirhizotron-beelden automatisch te verwerken en te begrijpen. Koppal zal nieuwe computer vision-gebaseerde hyperspectrale beeldvormingssystemen ontwikkelen om meer informatie over de wortels en de grond eromheen vast te leggen dan kan worden verkregen met de huidige minirhizotron-systemen.
Dit project is slechts één voorbeeld van hoe UF-onderzoekers kunstmatige intelligentie gebruiken om de landbouwsector in Florida vooruit te helpen. Als onderdeel van het onderzoek zei Zare dat de onderzoekers de HiPerGator 3.0-supercomputer zullen gebruiken om de algoritmen te testen die ze ontwikkelen voor het analyseren van gegevens van de minirhizotrons. De HiPerGator 3.0 maakt deel uit van het partnerschap van $ 70 miljoen tussen Nvidia en UF en zal leiden tot meer van deze AI-gedreven onderzoeksprojecten over de hele universiteit.
“Minirhizotron-datasets zijn extreem groot, vereisen veel beeldverwerking en zijn beladen met enorme meetvariaties gezien de kleine openingen die erbij betrokken zijn. Al deze problemen zijn vatbaar voor benaderingen van machine learning, ”zei Rowland. "Wij zijn van mening dat de huidige algoritmen die door onze samenwerking worden ontwikkeld, substantiële delen van de gegevensverzameling uit minirhizotron-gegevens kunnen automatiseren en versnellen."
Beschut door citrus
Minirhizotrons zullen gegevens verzamelen van de koffieplanten die groeien bij de UF / IFAS Plant Science Research and Education Unit, waar de onderzoekers koffie hebben geplant naast bestaande citrusbomen.
“Koffie is erg gevoelig voor kou, dus onze gedachte was om te proberen het te laten groeien met een andere boom die het zou kunnen beschermen. Bovendien heeft de citrusboomgaard vorstbeveiligingssystemen geïnstalleerd, zodat ook de koffie kan worden beschermd ”, aldus Rowland.
Terwijl de onderzoekers om praktische redenen koffie naast citrus verbouwen, zou de combinatie ooit economisch voordelig kunnen zijn, zeiden ze.
“Toen we er meer over nadachten, konden we ook de combinatie van citrus en koffie als mogelijk teeltsysteem in Florida onderzoeken - misschien een toekomstige optie die de citrustelers zouden kunnen overwegen. Dit is een uitweg - andere vragen en logistiek zouden moeten worden uitgewerkt - maar zeker de moeite waard om te verkennen, ”zei Wilson.
Behalve hoe de wortels van hun koffieplanten presteren, zijn de onderzoekers ook benieuwd naar hoe hun in Florida gekweekte koffie smaakt. Ze zijn van plan om een testbatch te branden en te brouwen.
“Onze onderzoeksgroep heeft een precisie-koffiebrander met microbatch verworven. We zijn verheugd om verschillende brandmethoden uit te proberen op de koffiebonen die we produceren, ”zei Rowland.
Voor meer informatie:
UF/IFAS
www.ifas.ufl.edu