Uso de Artec Space Spider en viticultura: escanear racimos de uvas para ayudar a combatir la enfermedad de la vid

La viticultura, una ciencia que el historiador ateniense Thucydides afirmó haber tenido un efecto civilizador, puede no ser el campo de estudio más esperado para aplicar las soluciones 3D de Artec.

La viticultura, una ciencia que el historiador ateniense Thucydides afirmó haber tenido un efecto civilizador, puede no ser el campo de estudio más esperado para aplicar las soluciones 3D de Artec, sin embargo, el cultivo de la uva puede beneficiarse enormemente de su uso, como ha demostrado recientemente un grupo de investigadores en su artículo. Publicado en marzo de 2018 en la revista Sensors, el estudio de los investigadores lidia con el problema de las enfermedades causadas por hongos o "bunch rot". Se sabe que la pudrición de los racimos a menudo puede llevar a infestaciones que dañan los cultivos y disminuyen los rendimientos. Investigadores del Instituto para la crianza de vid Geilweilerhof y la Universidad de Bonn unieron fuerzas en esta investigación para desarrollar un innovador método de análisis basado en imágenes con el objetivo de ayudar a reducir la pudrición del racimo y mejorar la selección de vid con fines de cría.

Un pieza clave en su enfoque fue el escáner 3D Space Spider de Artec 3D.

Durante su experimento, los investigadores descubrieron que el uso de Space Spider para crear visualizaciones de racimos de uva podría ayudar a acelerar significativamente la evaluación estadística de las características de la planta en comparación con los métodos existentes. Basado en la tecnología de luz azul LED estructurada, Artec Space Spider es un dispositivo de exploración 3D fácil de usar, rápido y potente que genera ricas imágenes digitales y de alta resolución. Utilizado en una variedad de industrias, puede capturar una amplia gama de geometrías, texturas y colores complejos con una precisión 3D de punta de hasta 0,05 mm. Con un peso de menos de dos libras, este escáner 3D extremadamente ligero funciona igual de bien en el laboratorio como en el campo. Esto lo hace ideal para el escaneo con la variedad de aplicaciones ideadas por los investigadores del estudio.

En su artículo, los autores del estudio reconocen inmediatamente la correlación entre la "compacidad del racimo" y el riesgo de pudrición del racimo. Del mismo modo, otros estudios han confirmado previamente que cuanto más densas sean las vides, más probabilidades habrá de que se produzcan infestaciones. De hecho, muchos productores de uva también han llegado a una conclusión similar, que subyace fundamentalmente a su preferencia por cultivar uvas que tienen una estructura de racimo más flexible.

Considerando un marco económico más amplio, la eliminación de la compacidad del racimo sólo podría tener un buen sentido a nivel comercial, ya que podría ser más perjudicial tener mayor probabilidad de infestación de cultivos por la pudrición del racimo. Después de todo, como el presente estudio proclama en sus páginas iniciales, "Grapevine (Vitis vinifera L. subsp. Vinifera) es una de las cosechas más rentables del mundo".

Pero, desde una perspectiva viticultural, prevenir la compacidad del racimo no es una tarea fácil.

Primero, la composición física de las vides es tremendamente compleja y variada. Requiere que los cultivadores de uva tomen nota escrupulosa de rasgos físicos innumerables que están enraizados en la estructura genética única de cada vid. En segundo lugar, dada la composición de "mosaico" de una vid, un solo grupo solo puede generar grandes volúmenes de datos, detallando información como la cantidad, el tamaño y la edad de las uvas. La Organización Internacional para la Viña y el Vino incluso publica un sistema de puntos para clasificar la morfología de la vid en base a un conjunto de características. Sin embargo, este tipo de método basado en puntajes demanda una cantidad desproporcionada de tiempo y recursos humanos. Y quizás lo menos deseable de todo es que los datos que produce en última instancia son subjetivos y llenos de errores, según los autores del estudio.

Los racimos de uva utilizados en este estudio para la adquisición de datos y la extracción de parámetros

Por el contrario, Space Spider de Artec 3D ofrece un enfoque exponencialmente más eficaz y objetivo para evaluar la arquitectura de la vid. En el laboratorio, los investigadores del estudio utilizaron Space Spider para capturar imágenes de 10 uvas de mesa. El proceso de escaneo se realizó 10 veces a diferentes velocidades de rotación. Esto permitió a los investigadores validar la precisión de la salida de datos de Space Spider, ya que las diferentes velocidades de rotación generarían diferentes densidades de puntos. Cuando Space Spider terminó de reproducir la nube de puntos 3D de los racimos, los investigadores se propusieron analizar los datos utilizando 3D-Bunch-Tool, una aplicación de software diseñada para extraer información sobre racimos de uvas, como el tamaño y la cantidad de bayas.

La herramienta 3D-Bunch-Tool, también conocida como "3D-BT", se basa en un algoritmo modificado. Su flujo de trabajo implica tres pasos. En primer lugar, la nube de puntos de alta resolución se reduce como parte del paso de pre-procesamiento, lo que ayuda a reducir el tiempo de computación. En segundo lugar, los puntos de la nube se segmentan por "regiones", de las cuales cada una generalmente se limita al área de una sola uva. Y finalmente, se utiliza un enfoque basado en RANSAC para construir modelos de esfera basados ​​en los datos. La visualización digitalizada del racimo de uva se puede ajustar en la etapa de finalización.

Interfaz gráfica de usuario (GUI) de 3D-Bunch-Tool (3D-BT)

Después de que los investigadores ejecutaran 3D-BT en los datos de nubes de puntos generados por Space Spider, los datos de rasgos tridimensionales se cotejaron con los datos reales del terreno. Los investigadores hicieron un hallazgo positivo durante esta etapa del experimento, lo que indica que esta comparación estadística arrojó valores de correlación muy altos en los conjuntos de datos. Esto significaba que solo se detectaron diferencias muy pequeñas entre los datos 3D y los datos del mundo real.

Significativamente, los investigadores también señalan los posibles beneficios de ahorro de tiempo y costo de este método de escaneo en 3D. Al comparar los enfoques de la evaluación del rasgo de la vid, afirman: "Según el tamaño del racimo y el número total de bayas, todo el procedimiento [donde se usan otros métodos] necesita un promedio de 10 minutos por racimo. Por lo tanto, es muy intensivo en mano de obra e invasivo. En comparación, la adquisición de nubes de puntos mediante el uso de Artec Spider y el almacenamiento de datos, necesitan [sic] en promedio un minuto y, por lo tanto, esto representa un método hasta 10 veces más rápido, robusto y no invasivo. Además, permite la investigación de la arquitectura del grupo en su estructura 3D natural”.

Los investigadores subrayaron además que, si bien los enfoques basados ​​en imágenes para obtener nubes de puntos 3D han existido durante mucho tiempo, a menudo requerían el uso de tecnología láser de precio exorbitante e implicaban la aplicación de técnicas invasivas. Naturalmente, sus altos costos y limitaciones disminuyeron su atractivo para los investigadores. Por eso recurrieron a las soluciones de imagen de Artec 3D. En particular, aplauden a Space Spider por su versatilidad y su carácter no invasivo, diciendo: "Las aplicaciones de Artec Spider para escanear racimos directamente en el campo facilitan la oportunidad de adquirir rasgos de manojo 3D de manera no invasiva y rápida".

Aplicación de la tubería de fenotipado en el campo

La ventaja agregada del diseño liviano y portátil de Space Spider significa que puede emplearse en prácticamente cualquier entorno y formato de investigación, incluidas las investigaciones sobre el terreno. De hecho, los investigadores ven una gran promesa en el uso de estos métodos basados ​​en imágenes en los exámenes de campo, en particular con el fin de realizar evaluaciones comparativas de grandes parcelas de vida vegetal de los más diversos tipos. Confiando en las soluciones de escaneo 3D, como Space Spider, los investigadores también pueden rastrear y monitorear el desarrollo de la vid en diversas condiciones ambientales durante largos períodos de tiempo.

Para los productores de uva, este método de escaneo en 3D les permite tomar mejores decisiones cuando se trata de seleccionar y criar vid. Con él, pueden aumentar el rendimiento de los cultivos tomando medidas activas preventivas contra las posibilidades de enfermedades e infestaciones fúngicas. Y todo lo que se necesita es aplicar soluciones de imágenes tridimensionales del siglo XXI a la milenaria ciencia de la viticultura.

Todas las citas están tomadas de http://www.mdpi.com/1424-8220/18/3/763/htm