Des chercheurs de l’Université de Winnipeg (UWinnipeg) et de l’Université de la Saskatchewan (USask) ont entrepris un défi ambitieux : créer le terreau de la prochaine révolution mondiale dans le domaine de l’agriculture et de la production alimentaire. Avec le soutien de George Weston ltée et de Mitacs, l’équipe comble une lacune dans le domaine de l’agriculture numérique en mettant au point un système robotique pour créer un ensemble de données ouvert sur les plantes de culture et les mauvaises herbes des prairies canadiennes.

« Nous voulons concrétiser l’idée de créer des véhicules automatisés qui peuvent identifier des plantes pour prendre des décisions dans le champ comme de tuer des mauvaises herbes et de préserver des cultures. Mais pour ce faire, il faut commencer par avoir une grande quantité d’images étiquetées tant des cultures que des mauvaises herbes », explique le professeur Christopher Bidinosti du Département de physique de l’UWinnipeg.

Après avoir fait une recherche infructueuse pour de telles données, il a décidé de prendre la route complexe de produire l’information en collaboration avec le professeur agrégé Christopher Henry du Département d’informatique appliquée de l’UWinnipeg.

« Nous avons identifié le vrai nœud du problème », dit le professeur Bidinosti. « Nous avons entrepris ce qui pourrait paraître comme une tâche ennuyeuse, mais elle est scientifiquement la plus importante. »

Créer et étiqueter des données en une seule opération pour produire des aliments plus durables

La première étape du projet comprenait la création d’un robot articulé qui peut prendre des milliers de photos de plantes chaque jour dans une chambre de croissance et alimenter un système qui étiquette automatiquement les fiches. Depuis 2019, plus d’un million d’images ont été générées et entre 5 000 à 10 000 autres sont ajoutées au système chaque jour de la semaine.

La construction et le fonctionnement du robot ont été surtout menés par Michael Beck, un stagiaire de Mitacs et chercheur postdoctoral à l’UWinnipeg. Les six autres stagiaires développent des modèles d’apprentissage machine, testent les données de terrain et créent une infrastructure pour ces données. En plus des professeurs Bidinosti et Henry, ils s’appuient sur le soutien érudit du professeur agrégé Ian Stavness du Département d’informatique de l’USask.

Par l’entremise de Weston, l’équipe a aussi reçu une subvention pour les projets d’innovations alimentaires (en anglais) ayant pour but d’accélérer les solutions aux défis de nourriture viable. Cette ressource a été ajoutée à la bourse de Mitacs et plus récemment, à du financement de Diversification de l’économie de l’Ouest Canada (en anglais) qui reconnaît le potentiel de la recherche.

« À titre de plus grande entreprise du Canada dans le domaine alimentaire, nous sommes très conscients des effets que les changements climatiques et une population mondiale croissante auront sur l’approvisionnement alimentaire mondial et nous souhaitons jouer un rôle, à notre petite échelle, pour améliorer les choses », affirme Tamara Rebanks, vice-présidente, Investissements communautaires chez Weston.

« Nous espérons que ces technologies permettront aux agriculteurs de produire de la nourriture plus sécuritaire et plus durable avec moins de pesticides, ce qui constituera un avantage pour tous les consommateurs canadiens. Nous voyons le potentiel pour que le Canada devienne un chef de file en gestion des données en agriculture et nous souhaitons que d’autres tirent parti de cette recherche. »

Énorme travail d’équipe, le projet compte aussi sur des collaborations avec d’autres établissements d’enseignement comme l’Université du Manitoba et le Collège Red River ainsi que des partenaires industriels tels que Northstar Robotics, Sightline Innovations, l’Association manitobaine des producteurs de légumineuses et de soja et le Conseil canadien du canola.

Des études théoriques à des applications agricoles percutantes

Pour les superviseurs, un résultat prometteur du projet est que des étudiants de domaines largement axés sur la recherche scientifique acquièrent de l’expérience pratique par l’entremise de plusieurs partenariats industriels.

« Tous nos étudiants qui travaillent sur le projet en tireront de merveilleux avantages. L’apprentissage machine ne disparaîtra certainement pas, et ils seront formés en conséquence », dit le professeur Bidinosti. Le professeur Henry ajoute : « ils pourront être des pionniers dans l’industrie lorsqu’ils termineront ce projet. »

Michael Beck, qui a étudié les mathématiques à l’Université de Kaiserslautern en Allemagne et qui a par la suite obtenu un doctorat en informatique est d’accord avec cette façon de voir les choses. Après avoir passé des années à se concentrer sur un domaine théorique et très pointu, il acquiert maintenant des compétences, comme la structuration, l’analyse et la résolution de problèmes, pour réaliser un travail qui touche à plusieurs domaines appliqués très prisés, comme l’agriculture, la robotique, la visionique, le développement de logiciels et l’intelligence artificielle.

« La dernière fois que j’ai appris sur autant de sujets différents en parallèle, c’était probablement à l’école. Mais en plus d’acquérir de nouvelles connaissances, je crois que l’ensemble de ce projet démontre la valeur de l’apprentissage tout au long de la vie, du transfert de connaissances et du travail interdisciplinaire afin d’aborder les défis actuels », dit-il.

Alors que le travail progresse, Michael Beck, les professeurs Bidinosti et Henry et toute l’équipe de recherche espèrent faire une contribution à long terme et importante à l’agriculture canadienne. Le but est de donner accès à toutes leurs ressources de sorte que d’autres chercheurs et l’industrie puissent s’appuyer sur leur travail.

Une partie de l’ensemble de données a déjà été partagée dans un document de recherche et ils améliorent et intensifient désormais le travail afin de pouvoir le lancer par étapes par la suite. D’autres chercheurs et industries du Canada y auront accès en premier avant qu’elle ne soit partagée mondialement.

Les applications potentielles sont sans fin. « Il fut un temps où c’était de la science-fiction pure, mais ce n’est plus le cas », dit le professeur Bidinosti. « J’imagine que nous jardinons, mais à l’échelle d’une immense ferme canadienne de grandes cultures qui pourrait avoir des jardiniers robotisés qui prennent soin de chaque plante. Le chemin est encore long, mais ça ne se produira pas sans la 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 : BD@mitacs.ca

Photo présentant l’équipe de recherche (fournie par l’Université de Winnipeg) : Maryam Bafandkar (étudiante à la maîtrise ès sciences), Christopher Henry, Ed Cloutis, Chris Bidinosti, Reid Lowden (étudiant à la maîtrise ès sciences), Chen-Yi Liu (étudiant au doctorat), Jonathan Ziprick (Collège Red River), Pu Junyao (étudiant à la maîtrise ès sciences) et Michael Beck (chercheur postdoctoral).