Как исследователи меняют агротех и фудтех с помощью искусственного интеллекта

РБКHi-Tech

Изобретения на любой вкус

Сможет ли искусственный интеллект заменить человека там, где нужны органы чувств? А заранее предсказать засуху или заметить стресс у обитателей курятника? О том, как исследователи меняют агротех и фудтех с помощью ИИ, — в подборке проектов Blue Sky Research, конкурса прорывных научных работ среди молодых ученых

Автор: Ася Макарова

Какой «урожай» достижений принесет ИИ в сельское хозяйство и производство продуктов питания

Электронный дегустатор кофе

Кофе давно стал любимым напитком россиян. Чтобы получить бодрящий напиток, производители и рестораны закупают необжаренные зерна, так называемый зеленый кофе. Но каким будет вкус напитка после обжарки, предсказать сложно. А ведь стабильный вкус, как и контроль качества, важен в кофейной индустрии.

В 2023 году ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) и Университета ИТМО создали электронный дегустатор со встроенным искусственным интеллектом. Устройство представляет собой электрохимическую ячейку на базе жидкого металла и электродов и программу на основе машинного обучения. Для обучения модели команда исследователей вместе с профессиональными бариста собрала базу данных приборных измерений 400 вариаций кофе.

Устройство работает следующим образом. Кофейное зерно помещают в ячейку, через него прогоняется электрический ток, измеряется уровень проводимости этого зерна и строится график электрического отклика. Эти данные обрабатывает алгоритм и сравнивает с образцами из базы данных. Затем по физико-химическим характеристикам зерна определяется качество продукта.

Александр Агликов, младший научный сотрудник лаборатории интеллектуальных технологий в инфохимии ИТМО: «Программная часть нашей системы представляет собой базу данных и алгоритмы машинного обучения, позволяющие предсказывать интенсивность и качество вкуса кофе по трем признакам: горечь, сладость и кислотность. Сейчас алгоритм работает с точностью 90% и умеет предсказывать, например, что кофе будет очень горьким, но при этом среднекислым».

Иван Тимофеенко, заведующий лабораторией сити-фарминга Института гастрономии СФУ: «Первыми разработкой заинтересовались обжарщики кофе, которые еще на этапе сбора данных предоставляли образцы продукции. Мы продолжаем сотрудничать, пополняя базу данных для обучения нейросети. Сегодня к ним присоединились и региональные ретейлеры, и крупные торговые сети. Один из ресторанных холдингов в Красноярске также заинтересован в повышении качества кофе в вендинговых автоматах. Созданная нами модель позволяет развивать объективную оценку качества продукта, не зависящую от конкретного дегустатора. Мы планируем, что в будущем сможем также использовать ее для оценки и других напитков, например чая или вина».

Цифровой гид по миру вкусов

Использование добавок в пищевых продуктах — устоявшаяся практика в фудтехе. Но опасения потребителей по поводу их потенциальных рисков не утихают. Производители вместе с учеными все больше интересуются натуральными продуктами и добавками. Но из-за отсутствия подробных составов подбирать концентрацию конкретного продукта, чтобы добиться нужного вкуса, сложно и долго.

Вот с этим и решили помочь производителям и рестораторам ученые из Университета ИТМО. Они разработали путеводитель по пищевым ингредиентам на примере умами — вкуса высокобелковой пищи. Созданная модель предсказывает, какой ингредиент позволит создать вкус нужной интенсивности.

Исследователям пришлось столкнуться сразу с двумя вызовами. Во-первых, им нужно было понять, что такое вкус и что на него влияет. Во-вторых, собрать качественные данные по молекулярному составу пищевых добавок.

Мария Ашихмина, младший научный сотрудник научно-образовательного центра инфохимии Университета ИТМО: «Сейчас мы работаем над базой данных, которая позволит нам анализировать и другие вкусы: сладкий, соленый, горький и кислый. Это будет полноценный сервис поиска продуктов с лучшей сочетаемостью. Такая платформа, например, поможет шеф-повару разрабатывать блюда быстрее — сейчас, чтобы придумать и протестировать блюдо, уходит порядка одного-полутора месяцев. В будущем мы планируем привлечь компании-партнеры и опробовать технологию на блюдах ресторана «Хачо и Пури». Кроме того, в перспективе наш проект позволит создать цифровой двойник продукта — это актуально для идеи персонализированного питания».

«Генератор» погоды для прогноза засух

Искусственный интеллект активно проникает в сферу гидрометеорологии и в краткосрочном прогнозе превзошел в точности традиционные методы прогнозирования. Но можно ли заранее предсказать, например, засуху? Ведь с начала XXI века количество и продолжительность засух увеличились больше чем на четверть. К 2050 году, по данным ООН, от засух может пострадать более трех четвертей населения планеты. Только в 2022 году по всему миру ущерб составил $42 млрд.

Решить задачу предсказания засух взялась команда Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН. В ходе исследования ученые столкнулись с тем, что ряды данных наблюдений недостаточно длинные, чтобы найти и учесть в прогнозе все возможные связи между погодой, состоянием атмосферы, океана и суши. Кроме того, в конкретном регионе за все время наблюдений может быть немного случаев засухи.

Исследователи решили эти проблемы с помощью различных методов искусственного увеличения выборки и удлинением рядов за счет использования большого количества экспериментов с численными моделями атмосферы, которые способны «генерировать» погоду.

Дмитрий Чечин, ведущий научный сотрудник ИФА РАН: «Сейчас наша модель позволяет для любой точки на территории России сделать как качественную, так и количественную оценку, будет засуха или нет. В частности, сказать, насколько сильной будет она. Заблаговременность прогноза составляет до шести месяцев, а его точность — порядка 70%. Мы видим потенциальных клиентов не только среди агрохозяйств, но и среди страховщиков, трейдеров на бирже, а также экспортеров сельхозпродукции. Ведем переговоры с Россельхозбанком, Главным ботаническим садом имени Н.В. Цицина РАН, а также с различными фермерскими хозяйствами. В частности, обсуждаем возможность уже следующей весной предоставить экспериментальный доступ к нашим прогнозам».

Нейросеть против стрессов в курятнике

Забота о птицах на сельхозпредприятиях — задача непростая. Малейший стресс от смены корма, появления новых людей на производстве, перемещения и многого другого отражается на благополучии кур. Стресс может вести к изменениям на уровне биохимии, снижению иммунитета и увеличению восприимчивости к заболеваниям.

Первые признаки неблагополучия отражаются на двигательной активности птиц. Но человек не может их увидеть, особенно в условиях плотной посадки кур. Зато это может сделать хорошо обученная нейросеть. Это одно из немногих исследований, реализованных не в лаборатории, а в условиях реального производства. Нейросеть, разработанная командой Донского государственного технического университета (ДГТУ), анализирует записи с видеокамер и с точностью в 85% может сказать, в каком состоянии находятся птицы. Продуктивность прогнозируется с точностью 89–92%.

Анна Фомина, доцент кафедры «Биология и общая патология» ДГТУ: «В зарубежных исследованиях анализ двигательной активности — фронтир. Некоторые предприятия оснащаются такими системами. Но в России это пока редкость. Сейчас разработкой заинтересовались шесть компаний, фермы и ветеринарные клиники. На основе разработанной нами модели можно также будет создавать системы контроля движения животных. Находить заболевших особей по двигательной активности при выращивании дикой птицы, где важно минимизировать контакт с людьми. Также сходные системы потенциально можно внедрять в зоопарках для отслеживания поведения животных в условиях адаптации, при переводе из вольеров».

Какие еще разработки в области агро- и фудтеха ведутся в мире

Подготовили Раксана Бабаева и Мария Решетникова

Искусственное мясо из клеток животных

Уже не первый год производители по всему миру заняты разработкой культивированного мяса. Это продукт, созданный из клеток животных в лабораторных условиях, то есть без необходимости традиционного забоя животных. Особого успеха в этой области добилась американская компания UPSIDE Foods. Весной 2023 года создатели бренда получили одобрение регулирующих органов на коммерческое производство своей продукции.

Процесс «рождения» культивированного мяса в UPSIDE Foods начинается со взятия образца животной клетки, например мышцы или жировой ткани, у донора. Затем эти клетки размножают в биореакторах, в которых создают оптимальные условия для роста клеток: поддержание температуры, питательные вещества (вода, сахар, аминокислоты, витамины, минералы и соль) и кислород. Через две-три недели процесс завершается, и мясо вынимают из культиватора. Затем ему придают форму, например, куриного филе.

Журнал Time включил мясо от UPSIDE Foods в список 200 лучших изобретений 2023 года, «меняющих наш образ жизни». И все же, несмотря на подобное признание, отрасль культивированного мяса пока находится на начальной стадии развития и сталкивается с рядом технологических проблем. Несмотря на эти сложности, вложения в производство культивированного мяса, выращенного в лаборатории, уже составляют $600 млн. К 2031 году ожидается, что мировой рынок культивированного мяса достигнет отметки $1,66 млрд, а к 2041 году — $11,13 млрд.

«Лунные» деревья и плоды с подсказкой

Еще одно изобретение минувшего года по версии Time — новый сорт авокадо Luna UCR, также известный под научным названием BL516. Этого успеха добились ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде. Чем их авокадо отличается от всех прочих? Во-первых, «лунные» деревья меньше других, что позволяет производителям сажать их в плотные и близкие ряды. Во-вторых, когда авокадо Luna UCR созревает, зеленая кожура становится черной. Это означает, что потребителям больше не придется сомневаться в зрелости плода при покупке.

Сорт Luna UCR пока не найти в магазинах, но ученые утверждают, что на реализацию он поступит уже в ближайшем будущем.

Облачные вычисления для работы на земле

Данные с датчиков на земле, а также дронов и спутников собираются и анализируются в системах искусственного интеллекта. Благодаря технологиям машинного обучения система учится сама подбирать оптимальные агротехнологические решения и давать фермерам подсказки в работе: когда лучше поливать почву, в каком месте требуется больше рабочих рук и т.д. Также собранная информация объединяется с историческими данными об изменении климата. Это позволяет фермерам рассчитать урожайность с каждого участка и даже изменение цены на свою продукцию. Например, ИИ-платформа компании Phytech позволяет прогнозировать рост и созревание яблок или апельсинов.

Фермерская организация в Аргентине под названием Asociación de Cooperativas Argentinas (ACA) использует цифровое сельское хозяйство для более эффективного, прибыльного и устойчивого выращивания продуктов питания. В сотрудничестве с SAP, глобальным поставщиком корпоративного программного обеспечения, была разработана цифровая платформа для точного земледелия. Исследователи использовали машинное обучение, геоданные с дронов и спутников, облачные вычисления для разработки рекомендаций фермерам в реальном времени. По мере развития платформы данных она поможет ACA лучше понять оптимальные условия для выращивания каждой культуры.

Орасио Балусси, директор по информационным технологиям ACA, объясняет: «Мы можем предупредить фермеров о том, что некоторым культурам нужно меньше удобрений или воды, чем использовалось раньше. Благодаря этому пониманию производители смогут минимизировать как стоимость удобрений и использование природных ресурсов, так и воздействие сельскохозяйственного сектора Аргентины на окружающую среду».

Иллюстрация: Midjourney

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Инфаркт здорового человека Инфаркт здорового человека

Как инфаркт настигает физкультурников и что делать, чтобы защитить свое сердце

Men Today
Ценное приложение: как поменялась мобильная разработка в России за последние 15 лет Ценное приложение: как поменялась мобильная разработка в России за последние 15 лет

Вехи развития отечественной мобильной разработки и что происходит с ней сегодня

Forbes
Ретроградный Меркурий в 2024 году Ретроградный Меркурий в 2024 году

Так ли виноват ретроградный Меркурий и какие сюрпризы от него ждать в этом году?

Лиза
Чагын Генч, генеральный директор верфи Sirena Yachts Чагын Генч, генеральный директор верфи Sirena Yachts

Тренд на яхты с уютной домашней обстановкой будет жить еще долго

Y Magazine
У близкого деменция: как принять ситуацию и не пасть духом У близкого деменция: как принять ситуацию и не пасть духом

Как быть, если вы ухаживаете за тем, кто постепенно уходит от вас и реальности?

Psychologies
Подводный робот на колесах обработает подводные сооружения антикоррозионным составом Подводный робот на колесах обработает подводные сооружения антикоррозионным составом

Инженеры разработали подводный робот Crawfish

N+1
Год на Бабушкинской Год на Бабушкинской

Автофикшен-рассказ Ксении Буржской. Забавный, непринужденно-бытовой, уязвимый

Правила жизни
Что такое фаркоп. Нужно ли его регистрировать и как правильно оформить Что такое фаркоп. Нужно ли его регистрировать и как правильно оформить

Все о фаркопе: виды, правила установки, штрафы

РБК
Нервные тики у ребенка: почему они возникают и как лечатся Нервные тики у ребенка: почему они возникают и как лечатся

Какие нервные тики встречаются чаще всего и почему? И всегда ли нужно их лечить?

Psychologies
Пара термитов из эоценового янтаря увязла в смоле во время брачного ритуала Пара термитов из эоценового янтаря увязла в смоле во время брачного ритуала

Пара термитов завязла в смоле во время брачного ритуала и поиска гнезда

N+1
Казнить нельзя помиловать Казнить нельзя помиловать

Стоит ли прощать измену и как вернуть утраченное доверие?

Лиза
Анн-Гаэль Юон: «Пока меня зовет Париж» Анн-Гаэль Юон: «Пока меня зовет Париж»

О том, где Анн-Гаэль Юон черпает вдохновение и об искусственном интеллекте

Grazia
Эра титанов Эра титанов

Эти проекты потрясали своим размахом и могли изменить мир, но канули в прошлое

Men Today
Энергия воды: набирают силу малые станции Энергия воды: набирают силу малые станции

Как в действительности развивалась гидроэнергетика последние десять лет?

Наука и жизнь
Настроим четкость Настроим четкость

3 предвестника близорукости, на которые мало кто обращает внимание

Лиза
Не можете уснуть? Держите глаза открытыми Не можете уснуть? Держите глаза открытыми

Снова ворочаетесь всю ночь? Никак не можете заснуть, ложась в кровать?

ТехИнсайдер
Какое место в автомобиле самое безопасное для ребенка? Ответ вас удивит Какое место в автомобиле самое безопасное для ребенка? Ответ вас удивит

Где расположить детское автокресло, чтобы обеспечить ребенку безопасность?

ТехИнсайдер
Тренинг двойной эффективности: почему стоит нанимать женщин после декрета Тренинг двойной эффективности: почему стоит нанимать женщин после декрета

В каком контексте мамы строят карьеру, и почему они ценные сотрудники

Forbes
Не просто жена: как появились первые леди и почему они стали влиять на политику Не просто жена: как появились первые леди и почему они стали влиять на политику

Как институт «первых леди» распространился на жен (и мужей) лидеров государств

Forbes
Русский «Юнкерс»: как немцы помогали развивать авиацию в СССР Русский «Юнкерс»: как немцы помогали развивать авиацию в СССР

Вначале сотрудничества казалось, что Junkers и Россия созданы друг для друга

ТехИнсайдер
«Кропотливый труд швей»: почему именно женщины занимаются монтажом в кино «Кропотливый труд швей»: почему именно женщины занимаются монтажом в кино

Мало кто знает, но именно женщины стоят у истоков монтажа в Голливуде

Forbes
Ребенок разумный: выбираем оптимальную стратегию Ребенок разумный: выбираем оптимальную стратегию

Какие сферы жизни и развития ребенка сейчас стали слабым звеном?

Psychologies
Язык в поисках понятия о себе Язык в поисках понятия о себе

Можно спорить о начальной точке, когда любой язык стал пониматься как система

Знание – сила
12 продуктов, которые способны снижать уровень холестерина 12 продуктов, которые способны снижать уровень холестерина

Некоторые продукты действительно могут помочь снизить уровень холестерина!

ТехИнсайдер
Женщины-амазонки, возможно, действительно существовали! Узнайте аргументы эксперта Женщины-амазонки, возможно, действительно существовали! Узнайте аргументы эксперта

При раскопках могил бронзового века обнаружили останки женщин-лучниц

ТехИнсайдер
Вопросы, которые изменят жизнь к лучшему: как научиться их формулировать — советы коучей Вопросы, которые изменят жизнь к лучшему: как научиться их формулировать — советы коучей

Глава из книги «Делай как коуч»

Psychologies
Искусство повышает градус Искусство повышает градус

Достижения русской науки в Арктике за последние 400 лет

Наука
Назальный спрей с блокатором калиевого канала облегчил ночное апноэ Назальный спрей с блокатором калиевого канала облегчил ночное апноэ

Селективный блокатор калиевого канала TASK 1/3 снижает тяжесть ночного апноэ

N+1
Демоны, ставшие ангелами. Как люди искусства боролись с депрессией Демоны, ставшие ангелами. Как люди искусства боролись с депрессией

О том, как творческие люди давали отпор депрессии благодаря своему творчеству

СНОБ
Нет любви Нет любви

Наверное, каждая мечтает о настоящих чувствах. В чем проблема, если их нет?

Добрые советы
Открыть в приложении