Radar tilføjer et teknologisk twist til den ældgamle tranebærtælleproces

Det er en typisk tranebærscene:Lårdybt i en oversvømmet mose fuld af millioner af flydende bær, to landmænd fremhæver fordelene ved produkter fremstillet af den syrlige røde frugt.

Det meste af året, imidlertid, mosen er tør, og de modne tranebær klamrer sig til et tæt virvar af træ, lavtvoksende vinstokke.

Det er, når folk som Ben Tilberg begynder at tælle tranebær.

"Når vi laver afgrødestimeringer, vi plukker al frugten i et kvadratmeter stort område, og derefter tæller vi bærene i hånden, siger Tilberg, en Babcock, Wisconsin-baseret videnskabsmand med det producentejede kooperativ Ocean Spray Cranberries. "Der kan være alt fra 300 til 500 bær pr. kvadratfod, og vi tæller hundredvis af firkanter hvert afgrødeår. "

Det er tidskrævende, besværlig bestræbelse - men en, der giver vigtig information om alt fra bærkvalitet til den forventede høst. "Vi fryser næsten hele afgrøden, og tranebær behandles hele året, " siger Tilberg. "Vi skal ikke kun måle vores frysekapacitet, vi vil også sørge for, at den bedste frugt kommer i fryseren."

I store tranebærproducerende stater som Massachusetts og Wisconsin, det er en stor ting:Med 21, 000 acres tranebærmoser i 20 amter, Wisconsin er landets bedste tranebærproducent, dyrker mere end halvdelen af ​​alle tranebær i verden.

Det rene arbejde involveret i at tælle tranebær på den gammeldags måde fik Tilberg til at forfølge en mere effektiv, teknologisk avanceret metode. Efter at have læst nyhedshistorier om billeddannelsesteknikker, der bruges til at studere regnskove, han kontaktede University of Wisconsin-Madison elektriske og computeringeniørprofessorer Susan Hagness og John Booske med sin idé.

"Det var en slags mikrobølgeradarkoncept, han forestillede sig, ”siger Booske.

Resultatet er en ny enhed, der i det væsentlige automatiserer tælleprocessen - uden at skulle plukke bær, og med potentiale til at tegne et mere præcist billede af afgrøden og høsten som helhed.

For at oprette enheden, Hagness og Booske udførte feasibility-undersøgelser i deres laboratorium med den elektriske og computeringeniørstuderende Alex Haufler. Resultaterne var lovende nok til, at forskerne kunne sikre sig tilskud fra Wisconsin Cranberry Board og Ocean Spray.

"Finansieringen har gjort det muligt for os at udvikle en mikrobølgebaseret tranebærsensorteknik, «siger Hagness.

Holdets første generations prototype - en lille kasseformet enhed suspenderet over en kvadratfod sektion af tranebærbed - trækker på teknologi, der ligner den, der bruges i medicinsk billeddannelse og vejrradar.

"Vi sender et mikrobølgesignal, der reflekteres tilbage fra tranebærbedet, og styrken af ​​det reflekterede signal angiver antallet af bær i baldakinen, " siger Haufler.

I vejrradar, siger Haufler, styrken af ​​det reflekterede signal angiver, hvor meget vand der er inde i skyerne. Det gælder for tranebær, også.

"Tranebærrene har et betydeligt vandindhold sammenlignet med de omgivende stængler og blade, gør dem mere lydhøre over for mikrobølgerne, " han siger.

I efteråret, Haufler sluttede sig til Tilberg i parceller hos Dubay Cranberry Co., af Junction City, Wisconsin, og Remington Cranberry Co., fra Necedah, Wisconsin, at gennemføre en indledende runde af dataindsamling ved hjælp af prototypesensorenheden. Beliggende i hjertet af tranebærlandet i det centrale Wisconsin, begge gårde er medlemmer af Ocean Spray-kooperativet.

En væsentlig del af Tilbergs job er at arbejde direkte med avlerne om alt fra næringsstof- og skadedyrsbekæmpelse til frugtkvantitet og -kvalitet. Han siger, at avlere nemt ville være i stand til at bruge enheden til at scanne et helt tranebærbed.

"De vil gerne vide, hvilke områder af deres senge der giver højere eller lavere udbytte, og hvorfor det er, " siger Tilberg. "Nøjagtig kortlægning af sengen giver os et udgangspunkt."

Ocean Spray har et mangeårigt forskningssamarbejde med UW-Madison. Tilberg har også et tæt samarbejde med tranebærgenetikeren Juan Zalapa, en forskningsgenetiker fra det amerikanske landbrugsministerium og lektor i gartneri fra UW-Madison, som også hjalp med at informere tranebærtællerens udvikling. Zalapas mål er at udvikle nye tranebærsorter, der giver øget udbytte; forbedret kvalitet, smag og næringsindhold; og bedre reaktion på faktorer som ekstremt vejr, insekter og sygdomstryk.

"Vi er nødt til at vælge mellem tusinder og atter tusinder af genotype kloner, " siger Zalapa. "Vi identificerer lovende ved at indsamle data om udbytte og kvalitet."

Zalapas levende laboratorium består af hundredvis af 5-til-5-fods tranebærgrunde, som alle årligt kræver en besætning på 10 personer mange dage – eller endda uger – til at håndhøste og tælle frugt. Han siger, at den nye teknologi kan være en kæmpe velsignelse ikke kun for hans forskning, men for branchen som helhed.

"Jeg er meget interesseret, fordi dette vil have stor indflydelse på udviklingen af ​​nye sorter, " siger Zalapa. "Tranebæravlere planter ikke alle en og samme sort, men der er mange valgmuligheder, og denne form for teknologi kan hjælpe avlere med at adoptere nye sorter eller vælge flere sorter, der kan være bæredygtige og producere godt i deres særlige drift. Det ville virkelig ændre mit arbejde og ændre industrien med henblik på forudsigelse af udbytte. "

Ved at bruge de data, han indsamlede i efteråret 2017, Haufler optimerer nu de algoritmer, der bruges til at konvertere de målte mikrobølgesignaler til estimater af tranebærtal og forbedrer teknologien, så den er klar til endnu en testrunde i 2018.

For den fase, teamet planlægger at fastgøre enheden til en bom, eller lang kablet bjælke, der strækker sig 80 fod ud over et tranebærbed.

"Hvis vi kan fastgøre denne mikrobølgesensorenhed til bommen, vi ville være i stand til at stoppe ved flere områder på tværs af sengen og tage målinger, "siger Tilberg." Vi kunne tage så mange målinger, som vi ville, og vi ville være i stand til nøjagtigt at estimere udbyttet over hele marsken."

Ultimativt, siger Hagness, målet er at overføre teknologien direkte i hænderne på de mennesker, der vil drage fordel af den.

"Jeg tror, ​​der er en mekanisme nede på vejen for, at dette er tilgængeligt for enhver avler, " hun siger.