Americký startup Electric Plant ukázal světu model umělé inteligence s názvem Bombadil, který čte zdravotní stav rostliny přímo z její vlastní elektrické aktivity. Neodvozuje ho tedy z půdy, počasí ani z toho, co vidí oko. Firma ho postavila na levných senzorech, které se zašroubují do kůry stromu nebo zapíchnou do stonku. Data pak posílají do cloudu, kde je model přeloží do podoby, které rozumí pěstitel. Ten se podle výsledků může rozhodnout, kdy zalít nebo přihnojit.
Všechno začalo kytkou na kolečkách
Spoluzakladatel a šéf firmy Justin Mast se k tématu dostal náhodou. Při čtení odborné literatury narazil na výzkum, ve kterém vědci připojili pokojovou rostlinu k motorizovanému podstavci. Když rostlina chtěla více světla, protékaly jejími živými pletivy elektrické signály. Řídicí deska zachytila proud a odvezla rostlinu blíže ke zdroji světla.
Mast se pak spojil s neurovědcem Lee von Krausem, který spolupracoval s americkou vojenskou agenturou DARPA. Společně založili Electric Plant a tři roky sbírali data, ze kterých vznikl Bombadil. Jméno modelu odkazuje na postavu z Tolkienova Pána prstenů, podivína, který žije v lese a rozumí stromům.
Rostliny si posílají elektrické zprávy
Myšlenka, že rostliny používají elektřinu, není žádná novinka. Autoři odborné studie k modelu vysvětlují, že rostliny vytvářejí elektrické signály jako odpověď na podněty z okolí a tyto signály putují z místa podnětu do vzdálených částí těla. Vědci rozlišují tři hlavní typy. Akční potenciál je rychlý, trvá zhruba sekundu a spustí se, když podnět překročí určitou hranici. Variační potenciál je pomalejší a delší a obvykle přichází po poranění. Systémový potenciál je putující krátkodobá změna napětí opačného směru. Souhrn všech těchto signálů vědci nazývají elektrom rostliny.
Číst tyto zprávy ale není jednoduché. Signály jsou slabé a snadno je přehluší elektrický šum. Rostlina, kterou už dříve něco stresovalo, reaguje na stejný podnět jinak. Tvar signálu se navíc liší podle druhu, takže to, co funguje u jedné rostliny, často selže u jiné. Dosavadní modely strojového učení se proto vždy specializovaly na jediný úkol. Obvykle se učily na jednom druhu v jednom prostředí a každá nová plodina nebo podmínka vyžadovala nová data a nový model.
Senzor velký jako mobil
Společnost Electric Plant vyvinula vlastní hardware. Venkovní senzor jménem Bud má velikost běžného iPhonu přeloženého podélně napůl a k rostlině se připevní šrouby z nerezové oceli. Šrouby musí proniknout do kambia, tedy vrstvy živých pletiv těsně pod kůrou, aby zachytily změny napětí v řádu mikrovoltů. Rostliny s měkkým stonkem firma napojuje tenkým drátkem.
Bud měří jednou za sekundu, posílá data bezdrátově a běží na baterii. Pro laboratoře a skleníky má firma výkonnější zařízení Stem, které sleduje osm párů elektrod a měří 120krát za sekundu. Podle Masta stačí na akr pole jen pár senzorů.
Rozhodující je cena. Současné přístroje obvykle stojí tisíce dolarů, zatímco senzor od Electric Plant vyjde podle Masta na desítky dolarů.
Jak se Bombadil učil
Model stojí na stejném typu architektury jako jazykové modely typu ChatGPT, tedy na takzvaném transformeru. Místo slov ale čte kousky elektrického záznamu. Nepřetržité záznamy rozdělí na úseky po 16 minutách, takže jeden den pokryje 90 úseků.
První fáze učení probíhala bez lidské nápovědy. Vývojáři modelu v záznamu schovali velkou část úseků a nechali ho hádat, co v mezerách chybí. Při každém kroku viděl jen 40 procent dat, zbylých 60 procent musel doplnit. Podobně se učí jazykové modely, kterým lidé zakryjí část věty. Bombadil tak postupně pochopil, jak elektrický život rostliny vypadá.
K tomu potřeboval obrovské množství dat. Studie uvádí přes 4 miliony hodin záznamů z více než 1400 rostlin ze 100 druhů, nasbíraných na deseti místech od listopadu 2024 do července 2026. Patří mezi ně laboratoře, skleníky, komerční sady i přirozené lesy. Firma od té doby data rozšířila a Mast při představení modelu mluvil o více než 7 milionech hodin ze 125 druhů. Pestrost je opravdu velká, model zná kapradiny, sekvoje, rajčata i jiřiny.
Sedm životních funkcí z jednoho signálu
Ve druhé fázi se model učil, co signály vlastně znamenají. Vývojáři vzali menší část dat, zhruba milion hodin z více než 400 rostlin a 35 druhů, a spárovali je s více než 41 tisíci měřeními z ručního přístroje MultispeQ. Ten měří, jak efektivně list zpracovává světlo, a sleduje jeho teplotu.
Z elektrického signálu pak Bombadil odhaduje sedm ukazatelů, které vývojáři přirovnávají k životním funkcím. Pět z nich popisuje fotosyntézu, tedy jak dobře rostlina využívá světlo. Dva sledují teplotu listu a vodní stres. Když totiž rostlině chybí voda, zavře průduchy, přestane se ochlazovat odpařováním a list se oproti vzduchu zahřeje. Většina tréninku proto probíhala na rostlinách, kterým vědci záměrně omezili zálivku.
Výsledky jsou slibné, ale ne dokonalé. Model zvládl sledovat změny u všech sedmi ukazatelů, přesnost se ale hodně liší podle druhu. Nejlépe mu šel smrk ztepilý, naopak u krotonu nedokázal z dat vyčíst nic. Autoři to přičítají malému počtu testovaných rostlin. Pomáhá i druhý senzor na stejné rostlině, který zlepší výsledek u téměř každé rostliny.
Důležitější je, že Bombadil umí číst i druhy, které během tréninku nikdy neviděl. Vědci ho vyzkoušeli také na stresu, se kterým se vůbec neučil. Rostliny africké kopřivy vystavili zasolení a herbicidu glyfosátu a odhady modelu se pohnuly přesně tím směrem, jaký předpovídá odborná literatura. Podle autorů to naznačuje, že model opravdu čte stav rostliny, nikoliv jen naučený vzorec pro sucho.
Méně vody, víc úrody
Hlavní cíl je praktický. Pěstitelé, zahradníci i lesníci se podle Masta dosud spoléhali na hrubé nástroje. Půdní sondy, ruční spektroskopy a satelitní snímky fungují, ale do nitra rostliny příliš nevidí a za jejími skutečnými potřebami zaostávají. Bombadil má nabídnout pohled zevnitř. Mast tvrdí, že systém dokáže zvýšit úrodu a zároveň snížit spotřebu vody o 20 procent i více. Podle jeho slov totiž zemědělství a lesnictví spotřebují nejvíce sladké vody na Zemi, a přitom se o rostliny staráme zvenčí.
Vývojáři počítají s tím, že k modelu budou časem přidávat další schopnosti. Nová úloha podle nich nevyžaduje nový model, jen další nadstavbu. Mezi plány patří i to, aby Bombadil jednou sám řídil zavlažování. Zakladatelé sní o ještě odvážnějším kroku, tedy o nástroji, se kterým by lidé mohli s rostlinami mluvit. Mast to ale zatím krotí s tím, že více poslouchají, než mluví, ale poslouchání je první krok.
Zdroje: techcrunch.com a arxiv.org
