Planten als rekenmodel

“Planten zijn alomtegenwoordig op aarde. Ze worden vaak beschouwd als organismen die veranderingen in hun omgeving ondergaan. Met het onderzoek dat ik gevoerd heb, wil ik echter oproepen tot een meer geïntegreerde kijk: een plant als rekeneenheid”, vertelt Olivier.

“Planten zijn complexe organismen, bestaande uit vele verbonden knopen en modules. Deze knopen en modules stellen een plant in staat om te gaan met de sterk veranderende omgevingsvariabelen ten gevolge van weerpatronen, predatie en ziekten. Ondanks de afwezigheid van een centraal zenuwstelsel en onvermogen om te bewegen, kunnen planten effectief reageren op veranderingen in hun omgeving. Een plant optimaliseert zijn interne toestand continu gebaseerd op interne signalen en informatie die hij van de omgeving verzamelt. Ik stel voor om de plant als rekeneenheid te beschouwen in de context van fysisch reservoir rekenen (Engels: physical reservoir computing (PRC))”, legt Olivier uit.

“Op het eerste zicht lijkt het vreemd dat PRC kan werken. Er zijn echter sterke gelijkenissen met conventioneel rekenen in bijvoorbeeld een computer. Rekenen houdt in dat informatie omgevormd wordt om een bepaald doel te bereiken. Conventionele systemen doen dit aan de hand van een algoritme. De invoer wordt verwerkt door een daarvoor ontworpen algoritme tot de gewenste uitkomst of uitgang bekomen is. Bij PRC wordt dit algoritme vervangen door een fysisch substraat dat het rekenwerk verricht“, vervolgt Olivier.

“In een eerste luik van het doctoraat werd de toepasbaarheid van hyperspectrale camera’s onderzocht. Dergelijke camera’s blijken niet geschikt te zijn om subtiele spectrale veranderingen, nodig voor PRC, te detecteren. Daarop werd een nieuw sensor platform ontwikkeld, specifiek ontworpen om contactsensoren uit te lezen. Aan de hand van bladdikte sensoren toonden we aan dat planten inderdaad als reservoir gebruikt kunnen worden voor PRC. Planten waren performanter dan een controle substraat in het oplossen van eco-fysiologische- en omgevingstaken”

“Samengevat, kunnen we de plant dus beschouwen als een rekeneenheid die ingangssignalen van de omgeving verwerkt en daarop zijn fysiologie aanpast. Deze toegenomen holistische benadering kan veredeling, fenotypering en precisie landbouw helpen beter de doen dan huidige methoden”, besluit Olivier.

Lees een uitgebreidere samenvatting of het volledige doctoraat

-

Titel doctoraat: Reservoir computing met planten

-

Contact: Olivier Pieters, Michiel Stock, Tom De Swaef, Francis wyffels

Olivier Pieters (Aalst, 1994) behaalde zijn master diploma Master of Science in Electrical Engineering: Communication and Information Technology met grootste onderscheiding aan de Universiteit Gent in 2017.

In september van hetzelfde jaar startte hij als doctoraal onderzoeker met BOF-financiering onder de supervisie van Francis wyffels, Tom De Swaef en Michiel Stock. De primaire onderzoekslijn van dit doctoraat omvatte het onderzoeken van de rekeneigenschappen van planten voor biologische problemen. Dit sterk interdisciplinaire onderzoek combineert aspecten uit de elektrotechniek, fenotypering en data-analyse.

Olivier is eerste auteur van drie publicaties in peer-reviewed tijdschriften, en een conferentie publicatie. Hij is eveneens co-auteur van een review artikel en conferentiebijdrage. Deze publicaties zijn tot stand gekomen in het kader van de primaire onderzoekslijn, alsook nevenprojecten in samenwerking met andere groepen aan de Universiteit Gent.

Olivier is van plan zijn onderzoek verder te zetten als postdoctoraal onderzoeker om onze kennis te verdiepen over de rekeneigenschappen van planten.

-

Redacteur: Jeroen Ongenae - Illustrator: Roger Van Hecke