История автоматизации в науке часто начинается с желания избавиться от однообразного ручного труда, чтобы сосредоточиться на сути исследования. Это стремление к оптимизации работы актуально и для современных исследователей. В лаборатории физиологии и биохимии растений Субтропического научного центра РАН творческий поиск начался с простого, но важного вопроса: почему на базовые измерения тратится так много времени? Например, классический метод определения площади листа растения с помощью специального трафарета и ручного подсчёта показался сотрудникам лаборатории архаичным в эпоху смартфонов и искусственного интеллекта.
Было разработано приложение, использующее лидар обычного мобильного телефона. Программа не просто делает снимок – с помощью гироскопа она помогает задать нужный угол в 90 градусов и за доли секунды, используя технологию захвата листа, вычисляет площадь, освобождая драгоценные часы для настоящей исследовательской работы.
Но на этом поиск не остановился. Сегодня фокус внимания лаборатории сместился на более сложную и перспективную задачу, связанную с уникальным российским прибором – видеоспектрометром АОВ-ИК. Этот аппарат, разработанный Научно-технологическим центром уникального приборостроения РАН, работает в невидимом коротковолновом инфракрасном диапазоне. Его уникальность – в способности «просвечивать» растительные ткани, а также работать сквозь дым и пар, что открывает новые горизонты для неразрушающей диагностики плодов, листьев и побегов.
«Для меня как руководителя лаборатории особенно ценно, когда научный поиск и инициатива идут не только «сверху», но и от самих сотрудников, – отмечает доктор биологических наук, главный научный сотрудник, заведующая лабораторией физиологии и биохимии растений Оксана Белоус. – Стремление оптимизировать рутинные процессы, найти более быстрые и точные решения – это именно та энергия, которая двигает нашу работу вперёд. И я рада, что в лаборатории работают молодые сотрудники, которые привносят свежий взгляд и цифровые компетенции в проводимые исследования».
Сейчас в лаборатории ведутся работы по созданию алгоритмов для автоматической оценки влагообеспеченности растений с помощью видеоспектрометра. Традиционно для этого лист растения взвешивается до и после высушивания, разница в весе и даёт значение насыщенности листа влагой. Задача, которую решают исследователи, – избежать потери времени на взвешивание и высушивание листов, получая результат по снимку видеоспектрометра.
«Самая большая и интересная сложность здесь – это практически полное отсутствие методических материалов в этой сфере. Поэтому приходится идти эмпирическим путём: брать результаты стандартных лабораторных анализов, сверять их с результатами работы спектрометра и выявлять новые закономерности, которые позволят создать автоматический алгоритм по определению влагообеспеченности для различных растений», – рассказывает младший научный сотрудник лаборатории, аспирант Платон Неводов. Такой синтез классической физиологии и современных технологий позволяет формировать принципиально новые математические модели состояния растений.
Сейчас в лаборатории идёт работа по формированию базы данных субтропических культур, апробируются подходы по оценке их влагообеспеченности. При этом влагообеспеченность – лишь один из параметров, который может определяться видеоспектрометром при наличии соответствующего программного обеспечения. В планах коллектива – определять целый спектр параметров (содержание хлорофилла, биохимических маркеров стресса и др.) в автоматическом режиме по одному снимку видеоспектрометра.
Задача исследовательского коллектива сегодня – не только ставить опыты, но и постоянно совершенствовать сами инструменты познания. Много ярких примеров этого может напомнить нам история. Например, до появления лизиметров изучение водного режима растений было крайне рутинным: учёные вручную поливали и взвешивали горшки, собирали дренаж и проводили трудоёмкие химические анализы. Лизиметры – специальные герметичные ёмкости, встроенные в почву, – автоматизировали ключевой процесс: они стали системно собирать все почвенные растворы без участия человека. Это не просто заменило ручной труд, а обеспечило непрерывный и объективный поток данных, высвободив время исследователей для анализа, а не для обслуживания эксперимента. Сейчас новые технологии закономерно смещают область поиска в сферу информационных технологий и использования искусственного интеллекта, а учёные Субтропического научного центра РАН, помимо своих основных задач, всё также продолжают поиск способов ускорения, оптимизации и повышения точности работы.
Пресс-служба Субтропического научного центра РАН