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En créant une base de données ouverte d’images végétales, le projet soutient une production alimentaire plus durable et aide le Canada à faire progresser le domaine de l’agriculture numérique
Des chercheurs de l’Université de Winnipeg (UWinnipeg) et de l’Université de la Saskatchewan (USask) ont relevé un défi ambitieux : préparer les bases de la prochaine révolution dans l’agriculture et la production alimentaire mondiales. Avec le soutien de George Weston Limited et Mitacs, l’équipe comble un vide dans le domaine de l’agriculture numérique en construisant un système robotique pour créer un ensemble de données ouvert des plantes et mauvaises herbes des prairies canadiennes.
« Nous voulons permettre à l’idée de créer des véhicules automatisés capables de distinguer les plantes pour prendre des décisions sur le terrain, comme éliminer les mauvaises herbes et sauver les récoltes. Mais pour cela, il faut d’abord beaucoup d’images indiquées des cultures et des mauvaises herbes », explique le professeur Christopher Bidinosti, du département de physique de l’UWinnipeg.
Après une recherche infructueuse de telles données, lui et le professeur agrégé Christopher Henry, du département d’informatique appliquée de l’UWinnipeg, ont décidé d’entreprendre un parcours complexe pour produire l’information.
« Nous avons identifié le vrai cœur du problème », dit Bidinosti. « Nous avons accepté ce qui ne semblait peut-être pas le travail le plus attrayant, mais scientifiquement le plus important. »
Générer et étiqueter des données en une seule fois pour produire des aliments plus durables
La première étape du projet comprenait la construction d’un robot articulé capable de prendre des milliers de photos de plantes chaque jour dans une chambre de croissance et d’alimenter un système qui étiquete automatiquement les fichiers. Depuis 2019, plus d’un million d’images ont été générées, et de 5 000 à 10 000 autres sont ajoutées au système chaque jour de semaine.
La construction et l’exploitation du robot ont été principalement réalisées par Michael Beck, stagiaire Mitacs et chercheur postdoctoral à l’UWinnipeg. Les six autres stagiaires développent des modèles d’apprentissage automatique, testent des données sur le terrain et construisent une infrastructure de données. En plus de Bidinosti et Henry, ils comptent sur le soutien académique du professeur agrégé Ian Stavness de l’USask, du département d’informatique.
Grâce à Weston, l’équipe a également remporté une subvention Seeding Food Innovation visant à accélérer les solutions aux défis alimentaires durables. Cette ressource a été ajoutée à la subvention de Mitacs et, plus récemment, à un financement de Western Economic Diversification Canada, reconnaissant le potentiel de la recherche.
« En tant que plus grande entreprise alimentaire du Canada, nous sommes pleinement conscients des problèmes que les effets des changements climatiques et de l’expansion de la population mondiale auront sur l’approvisionnement alimentaire mondial, et nous voulons jouer un petit rôle pour améliorer la situation », affirme Tamara Rebanks, vice-présidente des investissements communautaires chez Weston.
« Nous espérons que ces technologies permettront aux agriculteurs de produire des aliments plus sûrs et plus durables avec moins de pesticides, ce qui profitera à tous les consommateurs canadiens. Nous voyons le potentiel du Canada pour devenir un chef de file en gestion des données en agriculture et espérons que d’autres s’appuieront sur cette recherche. »
Fruit d’un immense effort d’équipe, le projet repose également sur des collaborations avec d’autres institutions académiques comme l’Université du Manitoba et le Collège Red River, ainsi que des partenaires industriels tels que Northstar Robotics, Sightline Innovations, Manitoba Pulse & Soybean Growers Association et Canola Council of Canada.
Des études théoriques aux applications agricoles impactantes
Pour les superviseurs, un résultat enthousiasmant du projet est que des étudiants issus de domaines principalement axés sur la recherche académique acquièrent une expérience concrète grâce à divers partenariats industriels.
« Tous nos étudiants qui travaillent là-dessus seront dans une position merveilleuse. L’apprentissage automatique ne disparaîtra certainement pas, et ils seront bien formés pour cela », affirme Bidinosti. Henry ajoute : « Ils pourront devenir des pionniers dans l’industrie une fois qu’ils auront quitté ce projet. »
Beck, qui a étudié les mathématiques à l’Université de Kaiserslautern, en Allemagne, et a ensuite obtenu un doctorat en informatique, partage cette perspective. Après avoir passé des années à se consacrer à un domaine théorique et très ciblé, il met maintenant à profit des compétences — comme la structuration, l’analyse et la résolution de problèmes — pour réaliser un travail qui touche à de nombreux domaines appliqués recherchés, notamment l’agriculture, la robotique, la vision artificielle, le développement logiciel et l’intelligence artificielle.
« La dernière fois que j’ai appris autant de sujets différents en parallèle, c’était probablement à l’école. Mais au-delà de l’acquisition de nouvelles connaissances, je pense que tout ce projet montre à quel point l’apprentissage tout au long de la vie, le transfert de compétences et le travail interdisciplinaire sont précieux pour relever les défis d’aujourd’hui », dit-il.
Au fur et à mesure de l’avancement des travaux, Beck, Bidinosti, Henry et toute l’équipe de recherche espèrent apporter une contribution durable et significative à l’agriculture canadienne. L’objectif est d’avoir tous leurs actifs ouverts afin que d’autres chercheurs et l’industrie puissent développer leurs travaux.
Une partie de l’ensemble de données a déjà été partagée dans un article de recherche; Maintenant, ils améliorent et intensifient les travaux pour le publier par étapes ultérieurement. D’autres chercheurs canadiens et l’industrie auront accès en premier. Ensuite, elle sera partagée à l’échelle mondiale.
Les applications potentielles sont illimitées. « Avant, c’était de la pure science-fiction, mais ce n’est plus le cas », dit Bidinosti. « Je vois ça comme du jardinage, mais élargi à une immense ferme canadienne où des jardiniers robots pourraient s’occuper de chaque plante. C’est encore loin, mais ça n’arrivera pas sans cette base de données que nous fournissons. »
Les programmes de Mitacs sont financés par plusieurs partenaires à travers le Canada. Nous remercions le gouvernement du Canada, le gouvernement de l’Alberta, le gouvernement de la Colombie-Britannique, Research Manitoba, le gouvernement du Nouveau-Brunswick, le gouvernement de la Nouvelle-Écosse, le gouvernement de l’Ontario, Innovation PEI, le gouvernement du Québec, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, le gouvernement de la Saskatchewan, le gouvernement de Terre-Neuve-et-Labrador et le gouvernement du Yukon de nous aider à favoriser l’innovation et la croissance économique partout au pays.
Avez-vous un défi d’affaires qui pourrait bénéficier d’une solution de recherche? Si tel est le cas, contactez Mitacs aujourd’hui pour discuter d’occasions de partenariat : [email protected].
Photo mettant en vedette l’équipe de recherche (gracieablement fournie par l’Université de Winnipeg) : Maryam Bafandkar, Christopher Henry, Ed Cloutis, Chris Bidinosti, Reid Lowden, doctorant Chen-Yi Liu, Jonathan Ziprick (Red River College), étudiant à la maîtrise Pu Junyao et boursier postdoctoral Michael Beck.
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