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 : jeter les bases de la prochaine révolution dans l’agriculture et la production alimentaire mondiales. Avec le soutien de George Weston Limitée et de Mitacs, l’équipe comble une lacune dans le domaine de l’agriculture numérique en construisant un système robotique pour créer un ensemble de données ouvert de plantes et de mauvaises herbes des Prairies canadiennes.
« Nous voulons permettre l’idée de créer des véhicules automatisés qui peuvent distinguer les plantes pour prendre des décisions sur le terrain, comme tuer les mauvaises herbes et sauver les cultures. Mais pour ce faire, il faut d’abord beaucoup d’images étiquetées des cultures et des mauvaises herbes », explique le professeur Christopher Bidinosti, du Département de physique de l’Université d’UWinnipeg.
Après une recherche infructueuse de telles données, lui et le professeur agrégé Christopher Henry, du Département d’informatique appliquée de l’Université de New York, ont décidé de se lancer dans un voyage complexe pour produire l’information.
« Nous avons identifié le véritable nœud du problème », dit Bidinosti. « Nous avons accepté ce qui pourrait ne pas sembler être le poste 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 qui pourrait prendre des milliers de photos de plantes chaque jour dans une chambre de croissance et alimenter un système qui étiquette automatiquement les fichiers. Depuis 2019, plus d’un million d’images ont été générées et 5 000 à 10 000 autres sont ajoutées au système chaque jour de la semaine.
La construction et l’exploitation du robot ont été principalement menées par Michael Beck, stagiaire Mitacs et stagiaire postdoctoral à l’Université 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 associé ian Stavness de l’USask, du Département d’informatique.
Par l’entremise de Weston, l’équipe a également remporté une subvention d’innovation alimentaire pour l’ensemencement visant à accélérer les solutions aux défis alimentaires durables. Cette ressource a été ajoutée à la bourse de Mitacs et, plus récemment, au financement de Diversification de l’économie de l’Ouest Canada, reconnaissant le potentiel de la recherche.
« En tant que plus grande entreprise alimentaire du Canada, nous sommes parfaitement 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 les choses », a déclaré 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 qui profiteront à tous les consommateurs canadiens. Nous voyons le potentiel pour le Canada de devenir un chef de file dans la gestion des données dans l’agriculture et espérons que d’autres s’appuieront sur cette recherche.
Un énorme effort d’équipe, le projet compte également sur des collaborations avec d’autres établissements d’enseignement comme l’Université du Manitoba et le Collège Red River et des partenaires de l’industrie tels que Northstar Robotics, Sightline Innovations, Manitoba Pulse & Soybean Growers Association et le Conseil canadien du canola.
Des études théoriques aux applications agricoles percutantes
Pour les superviseurs, un résultat passionnant du projet est que les étudiants de domaines largement axés sur la recherche universitaire acquièrent une expérience du monde réel grâce à plusieurs partenariats avec l’industrie.
« Tous nos étudiants qui y travailleront seront dans une position merveilleuse. L’apprentissage automatique ne disparaîtra certainement pas, et ils seront bien formés pour cela », explique Bidinosti. Henry ajoute : « Ils peuvent être des pionniers dans l’industrie une fois qu’ils ont quitté ce projet." »
Beck, qui a étudié les mathématiques à l’Université de Kaiserslautern, en Allemagne, et l’a suivi avec un doctorat en informatique, est d’accord avec cette perspective. Après avoir passé des années à se consacrer à un domaine théorique et très ciblé, il exploite maintenant ses compétences - comme la structuration, l’analyse et la résolution de problèmes - pour faire un travail qui touche à de nombreux domaines appliqués en demande, y compris l’agriculture, la robotique, la vision industrielle, le développement de logiciels et l’intelligence artificielle.
« La dernière fois que j’ai appris autant de sujets différents en parallèle, c’était probablement à l’école. Mais en plus d’acquérir 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 que les travaux progressent, Beck, Bidinosti, Henry et toute l’équipe de recherche espèrent apporter une contribution durable et percutante à l’agriculture canadienne. L’objectif est d’ouvrir tous leurs actifs afin que d’autres chercheurs et l’industrie puissent s’appuyer sur leurs travaux.
Une partie de l’ensemble de données était déjà partagée dans un document de recherche ; maintenant, ils améliorent et intensifient le travail pour le libérer par étapes plus tard. D’autres chercheurs et l’industrie du Canada y auront accès en premier. Ensuite, il sera partagé à l’échelle mondiale.
Les applications potentielles sont illimitées. « C’était de la pure science-fiction, mais ce n’est plus le cas », dit Bidinosti. « Je pense qu’il s’agit de jardinage, mais qui s’est étendu à une ferme agricole canadienne géante qui pourrait avoir des jardiniers robotisés qui s’occupent de chaque plante. C’est encore loin, mais cela ne se produira pas sans cette base de données que nous fournissons.
Les programmes de Mitacs reçoivent du financement de plusieurs partenaires partout au 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 Terre-Neuve-et-Labrador, le gouvernement de la Nouvelle-Écosse, le gouvernement de l’Ontario, Innovation Î.-P.-É., le gouvernement du Québec, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, le gouvernement de la Saskatchewan et le gouvernement du Yukon de nous avoir aidés à favoriser l’innovation et la croissance économique partout au pays.
Avez-vous un défi commercial qui pourrait bénéficier d’une solution de recherche ? Si c’est le cas, communiquez avec Mitacs dès aujourd’hui pour discuter des possibilités de partenariat : BD@mitacs.ca
Photo mettant en vedette l’équipe de recherche (gracieuseté de l’Université de Winnipeg) : Maryam Bafandkar, étudiante à la maîtrise, Christopher Henry, Ed Cloutis, Chris Bidinosti, Reid Lowden, étudiant à la maîtrise, Chen-Yi Liu, étudiant au doctorat, Jonathan Ziprick (Collège Red River), Pu Junyao, étudiant à la maîtrise, et Michael Beck, boursier postdoctoral.
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Mitacs
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