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Ciência e Tecnologia

Cientistas Criam “Olho Biônico” para Observar Raízes de Plantas em Tempo Real

Ferramenta inovadora, utilizando inteligência artificial (IA), a RhizoNet promete revolucionar o estudo das raízes das plantas, oferecendo insights sem precedentes sobre o comportamento radicular sob diversas condições ambientais. Em um esforço significativo para aumentar a sustentabilidade agrícola e enfrentar as mudanças climáticas, cientistas do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) desenvolveram uma  Essa tecnologia, detalhada em um estudo publicado na revista *Scientific Reports*, automatiza com precisão a análise de imagens de raízes, superando os métodos tradicionais que são trabalhosos e propensos a erros.

### A Revolução do RhizoNet na Análise de Raízes

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O RhizoNet, baseado em uma avançada rede neural convolucional, segmenta semanticamente as raízes das plantas, permitindo uma avaliação abrangente da biomassa e do crescimento radicular. Daniela Ushizima, pesquisadora líder do projeto, explica que a capacidade do RhizoNet de padronizar a segmentação e fenotipagem de raízes representa um avanço substancial na análise sistemática e acelerada de milhares de imagens. Este avanço é crucial para aumentar a precisão na captura da dinâmica de crescimento das raízes sob diversas condições ambientais.

### Desafios Tradicionais e a Inovação da EcoFAB

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A análise de raízes tradicionalmente se baseia em scanners de mesa e segmentação manual, processos demorados e suscetíveis a erros, especialmente em estudos com múltiplas plantas. Bolhas, gotículas, reflexos e sombras complicam ainda mais a segmentação automatizada. Em resposta a esses desafios, a EGSB apresentou o EcoFAB 2.0, um dispositivo hidropônico que facilita a obtenção de imagens detalhadas dos sistemas radiculares in situ. Desenvolvido em colaboração com o DOE Joint Genome Institute (JGI) e a divisão Climate & Ecosystem Sciences do Berkeley Lab, o EcoFAB é parte de um sistema experimental automatizado projetado para aumentar a reprodutibilidade dos dados. O RhizoNet processa varreduras coloridas de plantas cultivadas no EcoFAB, utilizando uma arquitetura U-Net Residual que melhora significativamente a precisão da segmentação.

### Aplicações Práticas e Resultados

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O estudo publicado na *Scientific Reports* demonstrou o uso do EcoFAB e RhizoNet para processar varreduras de raízes de Brachypodium distachyon, uma pequena gramínea, sob diferentes condições de privação de nutrientes por cinco semanas. As imagens tiradas a cada três ou sete dias forneceram dados vitais para entender a adaptação das raízes a diferentes ambientes. O EcoBOT, sistema de aquisição de imagens do EcoFAB, permite monitoramento experimental sistemático, reduzindo o trabalho manual envolvido na análise dos dados.

### Avanços Técnicos e Validação

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Zineb Sordo, engenheiro de sistemas de computação da AMCR, destacou que a nova rede neural convolucional desenvolvida para segmentação semântica otimiza a análise de imagens ao usar informações temporais para melhorar a precisão. A validação do desempenho das predições do RhizoNet mostrou uma correlação significativa entre a biomassa radicular prevista e as medidas reais, destacando a superioridade da segmentação automatizada sobre a manual.

### Futuro e Implicações

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Os pesquisadores estão otimistas sobre as implicações de suas descobertas. “Nossos próximos passos envolvem refinar as capacidades do RhizoNet para melhorar ainda mais a detecção e ramificação das raízes”, disse Ushizima. O potencial de adaptação dos algoritmos de aprendizado profundo para raízes no solo e novas investigações de ciência de materiais também está sendo explorado.

### Contribuições e Colaborações

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Este trabalho é parte do projeto Twin Ecosystems do DOE Office of Science Genomic Science Program, que integra software de visão computacional e design experimental autônomo com sistemas experimentais automatizados. A equipe multidisciplinar do Berkeley Lab, incluindo Peter Andeer, Trent Northen, Camille Cetoulos e James Sethian, contribuiu significativamente para este avanço. A análise de raízes sob diferentes condições nutricionais e ambientais também faz parte da iniciativa Carbon Negative Earthshot do DOE. Com o RhizoNet, os cientistas estão mais próximos de alcançar laboratórios autônomos, proporcionando ferramentas essenciais para a pesquisa em sustentabilidade agrícola e desenvolvimento de culturas resilientes às mudanças climáticas.

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