ترجمه زبان گیاهان با هوش مصنوعی؛ استارتاپی که سیگنال‌های الکتریکی ساقه را رمزگشایی می‌کند

زندگی جاستین مست (Justin Mast) با دیدن یک گیاه سایبورگ برای همیشه تغییر کرد.

چند سال پیش، مست هنگام مطالعه مقالات علمی با پژوهشی جالب روبه‌رو شد که در آن یک گیاه آپارتمانی به پایه‌ای چرخ‌دار و موتوردار متصل شده بود. سازوکار آزمایش به این شکل بود که با نیاز گیاه به نور بیشتر، سیگنال‌های الکتریکی در بافت‌های زنده آن جریان پیدا می‌کرد؛ سپس یک برد الکترونیکی این جریان را تشخیص می‌داد و گلدان را به سمت منبع نور هدایت می‌کرد.

مست با یادآوری این شگفتی می‌گوید: «با دیدن این آزمایش بهت‌زده شدم و با خودم گفتم این دیگر چه پدیده‌ای است؟ همین موضوع نقطه ورود من به دنیایی ناشناخته و بی‌پایان شد.»

مست در ادامه با لی فون کراس (Lee von Kraus)، عصب‌پژوهی با سابقه همکاری با سازمان پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی آمریکا (DARPA)، هم‌مسیر شد تا استارتاپ Electric Plant را پایه‌گذاری کنند. این شرکت نوپا سه سال گذشته را صرف گردآوری داده برای ساخت مدل زبانی بزرگی به نام «بومبادیل» (Bombadil) کرده است؛ مدلی که می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی بسیار ضعیف جاری در ساقه گیاه را تفسیر کند و جزئیات نیازهای زیستی آن را به اطلاع کشاورزان و پرورش‌دهندگان برساند.

بنیان‌گذاران این استارتاپ معتقدند مدل آن‌ها روزی می‌تواند به ساخت ابزاری منجر شود که به انسان‌ها امکان می‌دهد با گیاهان «گفت‌وگو» کنند. مست، هم‌بنیان‌گذار و مدیرعامل Electric Plant در این زمینه توضیح می‌دهد: «در حال حاضر ما بیشتر شنونده هستیم تا گوینده، اما بی‌تردید گوش دادن نخستین گام است.»

شرکت Electric Plant به‌منظور تجاری‌سازی حسگرهای اختصاصی و عرضه مدل بومبادیل به بازار، به‌تازگی در مرحله سرمایه‌گذاری اولیه (Seed) موفق به جذب ۱۱٫۲ میلیون دلار سرمایه شده است. این دور جذب سرمایه به رهبری دو شرکت Onto Ventures و Climactic و با مشارکت Ponderosa، Endeavor Catalyst، Ludlow، Michigan Rise، The Fund، Schox VC و داگ سونگ انجام گرفت.

به‌گفته مست، حتی در مدرن‌ترین و کنترل‌شده‌ترین گلخانه‌ها نیز کشاورزان و پرورش‌دهندگان دید کامل و شفافی نسبت به نیازهای واقعی گیاهان خود ندارند. به‌طور سنتی، کشاورزان، باغداران و کارشناسان جنگل‌داری به ابزارهای تقریبی متکی هستند که صرفاً با تأخیر به تقاضای گیاه برای آب، مواد مغذی یا نور واکنش نشان می‌دهند. ابزارهایی مانند کاوشگرهای خاک، طیف‌سنج‌های دستی و تصاویر ماهواره‌ای کارایی خود را دارند، اما به باور مست، هنوز با نقطه ایده‌آل فاصله زیادی دارند.

او در این‌باره می‌گوید: «این تجهیزات از نظر مهندسی بسیار پیشرفته‌اند، اما توانایی چندانی برای نفوذ به درون ساختار زیستی گیاه ندارند. بخش عمده این ابزارها با تأخیر زمانی چشمگیری نسبت به نیازهای لحظه‌ای گیاه کار می‌کنند.»

با این همه، Electric Plant باید فرآیند را از نقطه‌ای آغاز می‌کرد؛ به همین دلیل از داده‌های تجهیزات موجود برای آموزش مدل بومبادیل بهره برد. این مدل زبانی اکنون می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی حدود ۱۲۵ گونه گیاهی گوناگون را تفسیر کند. مست تأکید می‌کند: «ما اطمینان داریم که این مدل در آینده از کارایی بسیاری از این تجهیزات فراتر خواهد رفت.»

حسگرهای توسعه‌یافته توسط این استارتاپ همچنین به‌شکل چشمگیری ارزان‌تر از ابزارهای کنونی هستند که معمولاً چندین هزار دلار قیمت دارند. مست اشاره می‌کند: «هزینه ساخت این حسگرها تنها در حد چند ده دلار است.»

این حسگرها که ابعادی تقریباً هم‌اندازه یک گوشی آیفون تاشده از جهت طولی دارند، با استفاده از پیچ‌های فولادی ضدزنگ به تنه گیاه متصل می‌شوند. پیچ‌ها باید به لایه زاینده یا کامبیوم (بافت زنده‌ای که درست زیر پوست درخت قرار دارد) نفوذ کنند تا نوسانات الکتریکی را در مقیاس میکروولت از درون گیاه ثبت نمایند. داده‌های ثبت‌شده توسط این حسگرها از طریق یک شبکه بی‌سیم کم‌مصرف به ایستگاه پایه ارسال می‌شوند.

مست توضیح می‌دهد که Electric Plant برای دستیابی به نتایج دقیق و معتبر، تنها به دو حسگر در هر هکتار نیاز دارد. داده‌های دریافتی توسط مدل بومبادیل در بستر ابری تجزیه‌وتحلیل می‌شوند و نتایج مستقیماً در اختیار مشتری قرار می‌گیرد تا مثلاً بتواند برنامه آبیاری یا کوددهی مزارع را با دقت تنظیم کند. مست مدعی است چنین سیستمی می‌تواند ضمن افزایش راندمان برداشت محصول، مصرف آب را تا ۲۰ درصد یا بیشتر کاهش دهد.

اگرچه مست هویت نخستین مشتریان تجاری Electric Plant را فاش نکرد، اما به‌سادگی می‌توان کاربردهای گسترده و انقلابی این فناوری را در صنایع کشاورزی و مدیریت جنگل‌ها متصور شد.

به‌گفته مست، بیش از صد گونه اولیه‌ای که مدل بومبادیل روی آن‌ها آموزش دیده، گستره وسیعی از انواع گیاهان را در بر می‌گیرد؛ از سرخس‌ها، درختان غول‌پیکر سرخ‌چوب (سکویا) و بوته‌های گوجه‌فرنگی گرفته تا گل‌های کوکب.

او در پایان خاطرنشان می‌کند: «این متنوع‌ترین مدلی است که تاکنون بر اساس سیگنال‌های الکتریکی زیستی ساخته شده است. تا به امروز حتی در دنیای جانوران نیز هیچ پروژه‌ای در این سطح و مقیاس اجرا نشده است.»