こんにちは。土木建設分野に限らず様々な産業で活用されているドローンですが、農業の業界でもドローンによる農薬散布や、マルチスペクトルカメラを使い、これまで経験と勘に頼ってきた農作物の管理を合理的に数値化し管理したりといった活用が進んできています。

農業ドローンの活用広まる

2019.02.04

カメラが違う!作物の生育分析も可能な農業用ドローン

2019.10.23

今回、農研機構がドローンとAIのディープラーニングを用いて、育種家の代わりになりうる牧草育種評価法をバンダイナムコ研究所と共同で開発したとのことで、そちらをご紹介したいと思います。

育種とは
家畜や農作物などの品種改良のことで、育種家はそれを職業としている人のこと。
農研機構
国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構の通称。新聞やTV等の報道でもこの「農研機構」の名称を使うこととしている。

育種家の代わりにAIで良い牧草を選び出す技術

農研機構とバンダイナムコ研究所は、熟練した育種家が優良な牧草を選び出す技術を人工知能AIが学習し、育種家に代わってそれらの選抜を自動的に行えるという革新的な育種評価法を共同開発。


出典:農研機構

例として、約1,000株の牧草畑の場合、これまで育種家は優良な牧草を選抜するために2時間以上も畑を歩き、肉眼での観察で牧草を一株ずつ評価していたそうです。

しかし今回開発した技術を用いることで、ドローンで撮影した画像から予め学習させておいたAIが、この作業を5分程度で行うことが可能となります。

農研機構の高い技術力とバンダイナムコ研究所の高度なAI技術

農研機構はオーチャードグラス高等含量品種の「えさじまん」や、フェストロリウム高越冬性品種「ノースフェスト」を育成するなど、牧草育種に関する高いノウハウと技術力を有しており、これまでにドローンを用いた新しい育種評価法の開発に取り組んできたそうです。

今回、バンダイナムコ研究所がエンターテインメント分野で培ってきた高度なAI技術を取り入れることで、最新のICT・AI技術を導入した革新的な育種評価法の開発につながったそうです。

開発の社会的背景

日本の畜産物生産については、増加している消費に対して規模拡大と頭数の確保を行うのと併せ、ICTやロボット技術の導入による生産性の向上を図る必要があり、これを実現させるための技術革新の一つに飼料作物の育種の効率化があります。

農研機構では、多収かつ高品質な牧草の新品種をできるだけ早く実用化し、生産現場での飼料生産性の向上に貢献することを目指し、最新のICT・AIを導入し、革新的な育種評価法の開発を進めていたそうです。

研究の経緯

良い品種を作り出すためには、個体選抜の対象となる個体数が多いほど良いことが知られています。そこで数多くの作物個体の特性を効率的に評価できる革新的な育種評価法の開発が求められていました。

そのカギになるのがドローンとAI。ドローンは広範囲の田畑にるいて鳥瞰的な資格情報を取得できることから、効率的な育種評価に活用できます。


出典:農研機構

AIはディープラーニングが発達してから、画像認識能力が飛躍的に高くなっています。ことドローンとAIの組み合わせは、新しい牧草育種評価法に開発に大きな威力を発揮したとのこと。

研究の内容と意義

評価を行う時間と場所の自由度が高まる

育種畑に植えられた複数の育成系統(約1000個体)を、これまで通り育種家が調査をするためには、傾向をつかむだけで1時間程度は必要とのこと。さらに詳細なデータを記録するためには1日かかることもあり、しかも日没後は評価不可能。また、冬を過ぎてすぐは、長時間の寒さに耐えての実施が強いられます。

しかし、ドローンを用いれば5分程度で圃場の状態を撮影・記録でき、空撮画像のAI評価は夜間でも室内で実行できます。

育種家と同等の精度で的確な評価を行うことが出来る

はじめにAI学習用の畑空撮画像と、対応する育種家評点のセットを準備。そのデータセットを用いてAIに学習させます。そのAIモデルに検証用の画像を評点予測させ、予測点と育種家評点を比較して正答率を検証し正答率の高いAIモデルを選択。


出典:農研機構

選ばれたAIモデルに試験用の画像を評価させたところ、上下1点の誤差を正答とした場合、ほぼ9割以上の正答率が得られたそうです。1人の育種家が同じ圃場を別の日に評価した場合、上下2点以上の誤差は同じ程度の割合で発生するため、この手法が育種家の代わりになり得ることが示されました。

まとめ

これまで牧草の個体選抜においては、育種家の評価可能な個体数に限界があるため選抜対象にできる個体数は限定されていたそうです。しかしこの手法を用いることで、育種家の能力による限界がほぼなくなり、非常に多くの個体数を評価できるようになったそうです。

まさに人の作業の限界を超えた働きをまざまざと見せつけられた感じがしますね。この技術で今後はより良い牧草の品種が次々に生み出される可能性は極めて高いと言えるでしょう。