A machine-learning–powered spectral-dominant multimodal soft wearable system for long-term and early-stage diagnosis of plant stresses

可穿戴计算机 计算机科学 人工智能 物候学 鉴定(生物学) 机器学习 环境科学 生物 嵌入式系统 生态学 生物化学 基因 基因组 基因组学
作者
Qin Jiang,Xin Dong Zhao,Tiyong Zhao,Wenlong Li,Jie Ye,Xingxing Dong,Xinyi Wang,Qingyu Liu,Han Ding,Zhibiao Ye,Xiaodong Chen,Zhigang Wu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (26): eadw7279-eadw7279 被引量:56
标识
DOI:10.1126/sciadv.adw7279
摘要

Addressing the global malnutrition crisis requires precise and timely diagnostics of plant stresses to enhance the quality and yield of nutrient-rich crops, such as tomatoes. Soft wearable sensors offer a promising approach by continuously monitoring plant physiology. However, challenges remain in identifying direct physiological indicators of plant stresses, hindering the development of accurate diagnostic models for predicting symptom progression. Here, we introduce a machine-learning-powered spectral-dominant multimodal soft wearable system (MapS-Wear) for precise, long-term, and early-stage diagnosis of stresses in tomatoes. MapS-Wear continuously tracks leaf surrounding temperature, humidity, and unique in-situ transmission spectra, which are critical stress-related indicators. The machine learning framework processes these multimodal data to predict gradual stress progression and diagnose nutrient deficiencies in plants over 10 days earlier than conventional computer vision methods. Moreover, MapS-Wears enables portable and large-scale screening of grafted tomato varieties in greenhouses, accelerating the identification of compatible grafting combinations. This demonstration highlights the potential for high-throughput plant phenotyping and yield improvement.
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