Mikro-"Obstpflücker" erntet Wertstoffe aus Pflanzen
Verfahren schont die Umwelt und senkt durch KI die Kosten
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Winziger Ernteroboter: Sticht Zellen gezielt an (Foto: Kaare Hartvig Jensen) |
Lyngby (pte021/27.05.2021/13:30)
Inspiriert von Insekten, die Nährstoffe direkt aus Pflanzen saugen, haben Physiker der Dänischen Technischen Universität (DTU) http://dtu.dk/english einen nur wenige Mikrometer großen "Obstpflücker" gebaut, die wertvolle chemische Substanzen direkt aus Pflanzenzellen gewinnt. Das Ziel von Physikprofessor Kaare Hartvig Jensen und seinem Team war es, den Aufwand für Ernte, Transport und Verarbeitung von Pflanzen zu Biokraftstoffen, Pharmazeutika und anderen Produkten zu verringern. Die winzige Erntemaschine setzt dabei aus Steuersoftware auf der Basis künstlicher Intelligenz (KI).
Direkt- statt Kompletternte
Die Mikro-Erntemaschine gewinnt sogenannte Pflanzenmetabolite, also Stoffwechselprodukte, direkt aus der Pflanze. Denn diese Metabolite enthalten eine Vielzahl äußerst wertvoller Chemikalien. Viele haben bemerkenswerte therapeutische Eigenschaften, wie das Malariamedikament Artemisinin, während andere mit mechanischen Eigenschaften punkten wie der Naturkautschuk für die Reifenherstellung.
Normalerweise werden Inhaltsstoffe von Pflanzen gewonnen, indem diese zermahlen, zentrifugiert und schließlich mit manchmal umweltschädlichen und giftigen Lösungsmitteln behandelt werden. Dies führt zu einer erheblichen Umweltbelastung, die zu den hohen finanziellen und ökologischen Verarbeitungskosten beiträgt. Die DTU-Wissenschaftler gehen dagegen gezielt vor. Sie gewinnen die wertvollen Inhaltsstoffe im Direktverfahren. „Alle Substanzen werden in bestimmten Zellen der Pflanze produziert und gespeichert. Diese muss man anzapfen, wenn man das reine Material gewinnen will", erklärt Jensen.
Roboter findet die richtigen Zellen
Der kleine Roboter sticht dem Physiker zufolge gezielt die Zellen an, die die gewünschten Chemikalien enthalten, ohne die Pflanze zu zerstören. Diese Zellen haben einen Durchmesser von 100 Mikrometern, die Spitze des Ernteroboters misst nur zehn Mikrometer. Damit sie die richtigen Zellen trifft, hat Jensens Doktorand Magnus Valdemar Paludan ein KI-basiertes System entwickelt. Dieses werter die Bilder aus, die eine Kamera von der jeweiligen Pflanze aufnimmt, und nutzt diese Information zur Steuerung des kleinen Roboters nutzt.
„Anfangs habe ich die Stellen, an denen sich die interessierenden Zellen befinden, von Hand markiert", sagt Paludan. Mit der Zeit habe das System gelernt, die gewünschten Zellen selbstständig zu finden und anzubohren.
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