کاهش آسیب‌های محیط زیستی آروغ گاو‌ها به کمک هوش مصنوعی!

یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ایالتی آیووا با استفاده از فناوری هوش مصنوعی، رفتار مولکول‌ها در معده گاو‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهد. این مطالعه با هدف کاهش تولید گاز متان از گاو‌ها است.

کد خبر: ۱۲۸۲۷۸۰

تاریخ: ۲۲ دی ۱۴۰۳ - ۱۵:۵۰

به گزارش تابناک به نقل از فناور، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که می‌توانیم از هوش مصنوعی (AI) به روشی کاملاً غیرمنتظره برای مبارزه با تغییرات اقلیمی استفاده کنیم. کارشناسان در حال بررسی استفاده از هوش مصنوعی برای کاهش متان ناشی از آروغ زدن گاو‌ها هستند.

گاو‌ها به‌طور قابل توجهی به تغییرات اقلیمی کمک می‌کنند، زیرا در حین هضم غذا، متان، یک گاز گلخانه‌ای قوی تولید می‌کنند.

طبق یک مطالعه اخیر، متان تولیدشده توسط گاو‌ها در بخش کشاورزی حدود ۳۳ درصد از انتشار گاز‌های گلخانه‌ای مربوط به کشاورزی در ایالات متحده را تشکیل می‌دهد و سه درصد از کل انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در این کشور را شامل می‌شود.

راه‌حل‌هایی برای مقابله با انتشار متان

کارشناسان واحد تحقیقاتی مدیریت مواد مغذی دام ARS و دپارتمان مهندسی شیمی و زیستی دانشگاه ایووا در حال بررسی راه‌هایی برای کاهش این انتشار متان هستند.

سایمون لیو، مدیر ARS، بیان کرد: توسعه راه‌حل‌هایی برای کاهش انتشار متان از کشاورزی دامی یک اولویت حیاتی است.

او افزود: دانشمندان ما همچنان از استراتژی‌های نوآورانه و مبتنی بر داده‌ها استفاده می‌کنند تا به تولیدکنندگان دام کمک کنند به اهداف کاهش انتشار دست یابند که محیط زیست را حفظ کرده و آینده‌ای پایدارتر برای کشاورزی فراهم کند.

تولید متان در گاو‌ها

گاو‌ها مواد گیاهی سخت را در یکی از معده‌های چهارگانه خود به نام “رومین” هضم می‌کنند. در این بخش، میکروارگانیسم‌ها این گیاهان را تجزیه می‌کنند و گاز متان به عنوان یک محصول جانبی طبیعی آزاد می‌شود.

این متان از طریق آروغ زدن گاو‌ها خارج می‌شود و به تغییرات اقلیمی تاثیر میگزارد. دانشمندان متوجه شده‌اند که برخی از مولکول‌های ترکیبی می‌توانند تولید متان را مهار کنند.

یکی از این مولکول‌ها، “بروموفرم” است که به طور طبیعی در جلبک‌های دریایی یافت می‌شود و نشان داده که می‌تواند تولید متان در گاو‌ها را به طرز شگفت‌انگیزی بین ۸۰ تا ۹۸ درصد کاهش دهد.

اما مشکل اینجاست که بروموفرم یک ماده سرطان‌زا است، بنابراین مصرف آن برای گاو‌ها ایمن نیست و به همین دلیل نمی‌تواند راه‌حل مناسبی از نظر ایمنی غذایی باشد.

کاهش متان از گاو‌ها با استفاده از هوش مصنوعی

به‌خاطر چالش‌های تحقیقاتی که زمان‌بر و پرهزینه هستند، دانشمندان مرکز تحقیقات کشاورزی (ARS) تصمیم گرفتند از هوش مصنوعی و مدل‌های محاسباتی برای تسریع در جستجوی یک جایگزین ایمن و مؤثر برای بروموفرم استفاده کنند.

متیو بک، یک دانشمند تحقیقاتی در زمینه دام، گفت: ما از شبیه‌سازی‌های مولکولی پیشرفته و هوش مصنوعی برای شناسایی مهارکننده‌های جدید متان بر اساس ویژگی‌های مهارکننده‌های قبلاً بررسی شده (مانند بروموفرم) استفاده می‌کنیم، اما این ترکیبات باید ایمن، مقیاس‌پذیر و دارای پتانسیل بالا برای کاهش انتشار متان باشند.

تیم‌های دو مؤسسه در حال همکاری نزدیک هستند. دانشگاه ایالت آیووا رهبری کار شبیه‌سازی کامپیوتری و هوش مصنوعی را بر عهده دارد، در حالی که ARS ترکیبات را شناسایی کرده و آنها را از طریق مطالعات آزمایشگاهی (in vitro) و مطالعات روی گاو‌های زنده (in vivo) آزمایش می‌کند.

رفتار مولکول‌ها در معده گاو

در این تحقیق خاص، کارشناسان از آنچه به عنوان “شبکه‌های عصبی گرافی” شناخته می‌شود، استفاده می‌کنند. به زبان ساده، هوش مصنوعی (AI) از داده‌های عمومی درباره معده گاو‌ها یاد می‌گیرد و رفتار مولکول‌ها را پیش‌بینی می‌کند تا بتوان آنها را در آزمایشگاه‌ها مورد آزمایش قرار داد.

این چرخه یک بازخورد مداوم ایجاد می‌کند که به هوش مصنوعی کمک می‌کند تا پیش‌بینی‌های دقیق‌تری انجام دهد.

پروفسور راتول چودوری از دانشگاه ایالتی آیووا (ISU) توضیح می‌دهد: “شبکه عصبی گرافی ما یک مدل یادگیری ماشین است که خواص مولکول‌ها، از جمله جزئیات اتم‌ها و پیوند‌های شیمیایی که آنها را نگه می‌دارند، را یاد می‌گیرد و در عین حال اطلاعات مفیدی درباره خواص مولکول‌ها را حفظ می‌کند تا به ما در مطالعه رفتار آنها در معده گاو کمک کند. ”

نقش هوش مصنوعی در کاهش متان

کارشناسان ۱۵ مولکول را شناسایی کرده‌اند که به نظر می‌رسد پتانسیل مشابهی برای مهار تولید متان مانند ب romoform دارند.

امید است که هوش مصنوعی نقش مهمی در درک چگونگی تعامل این مولکول‌ها با جامعه میکروبی معده گاو ایفا کند – که به ما اجازه می‌دهد مولکول‌های جدید و تعاملات کلیدی در میکروبیوم معده گاو را کشف کنیم.

جاسک کوزیل، رهبر تحقیقاتی USDA-ARS، به محدودیت‌های استراتژی‌های کنونی برای کاهش انتشار متان اذعان دارد، اما پتانسیل بالای این رویکرد را می‌بیند.

کوزیل می‌گوید: “به همین دلیل است که ترکیب هوش مصنوعی با تحقیقات آزمایشگاهی، از طریق اصلاح تدریجی، یک ابزار علمی ارزشمند است. ”

او افزود: “هوش مصنوعی می‌تواند تحقیقات را تسریع کرده و مسیر‌های مختلفی را که متخصصان تغذیه دام، محققان و شرکت‌ها می‌توانند برای نزدیک‌تر شدن به هدف بسیار بلندپروازانه محدود کردن انتشار گاز‌های گلخانه‌ای و کمک به کاهش تغییرات اقلیمی دنبال کنند، تسهیل کند. ”

قدرت هوش مصنوعی تنها به تخیل ما محدود است. از کاهش باد‌های گاوی تا مقابله با تغییرات اقلیمی، هوش مصنوعی به یک هم‌پیمان مهم در مبارزه برای حفاظت از دنیای طبیعی ما تبدیل می‌شود.