Kết hợp dữ liệu trên mặt đất và dưới lòng đất
Trước đây, ORNL đã sở hữu hệ thống Advanced Plant Phenotyping Laboratory (APPL) chuyên phân tích đặc điểm cây trồng phía trên mặt đất bằng camera độ phân giải cao. Nay, với việc bổ sung khả năng chụp ảnh hệ rễ, APPL trở thành cơ sở duy nhất trên thế giới có thể đồng thời theo dõi cả rễ và thân cây mà không cần phá hủy mẫu.
“Nếu chỉ nhìn phần trên mặt đất, bạn mới thấy được nửa câu chuyện,” Larry York, nhà khoa học cao cấp tại ORNL chia sẻ.
Hệ thống sử dụng rhizobox – hộp trong suốt chứa cây trồng trong đất – kết hợp camera màu và camera hồng ngoại để ghi lại hình ảnh rễ theo thời gian thực, vận hành hoàn toàn tự động 24/7. Mỗi tuần, APPL có thể tạo ra tới 1 terabyte dữ liệu về chiều dài rễ, đường kính, khả năng hút nước và khoáng chất.
Khai thác sức mạnh AI và siêu máy tính
Khối dữ liệu khổng lồ này được phân tích bằng AI và siêu máy tính Frontier – hệ thống exascale mạnh nhất của DOE. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể trả lời nhanh chóng những câu hỏi nền tảng như: cây đầu tư nhiều hơn vào rễ hay thân? Rễ nào hỗ trợ vi sinh vật có lợi? Cây phản ứng thế nào với hạn hán?
Jerry Tuskan, Giám đốc Trung tâm Đổi mới Năng lượng Sinh học DOE, nhấn mạnh:
“APPL cho phép chúng tôi lần đầu tiên liên kết hiệu suất trên mặt đất và dưới lòng đất trong cùng một cây, cùng một thời điểm. Đây là năng lực độc nhất vô nhị.”
Ứng dụng thực tiễn và mạng lưới phòng thí nghiệm tự học
Ngoài việc mô phỏng các kịch bản tưới nước khác nhau (từ trên xuống hay từ dưới lên), APPL còn hỗ trợ dự án OPAL (Orchestrated Platform for Autonomous Laboratories) – mạng lưới phòng thí nghiệm tự động, kết nối AI, robot và dữ liệu chung giữa nhiều viện nghiên cứu quốc gia.
Cả APPL và OPAL đều nằm trong Genesis Mission của DOE, hướng tới việc nhân đôi năng suất và tác động của nghiên cứu khoa học Mỹ trong vòng một thập kỷ.
Giá trị mở cho cộng đồng khoa học
APPL không chỉ phục vụ nghiên cứu nội bộ mà còn mở cửa cho cộng đồng khoa học thông qua hợp tác nghiên cứu và phần mềm mã nguồn mở. Điều này hứa hẹn sẽ rút ngắn đáng kể chu trình nghiên cứu trong lĩnh vực sinh học thực vật, đồng thời mang lại những hiểu biết toàn diện về cách cây cân bằng giữa rễ và thân để tối ưu hiệu suất.
Đây là một bước tiến công nghệ mang tính nền tảng, hứa hẹn thay đổi cách chúng ta nghiên cứu và phát triển cây trồng trong tương lai – từ nông nghiệp bền vững đến sản xuất năng lượng sinh học.
