Artificial Intelligence : प्रकाशाच्या परावर्तिकरणामधील बदल सांगतात नेमकी ओळख

Light Reflection : वेगवेगळ्या पृष्ठभागाच्या विशिष्ट गुणधर्मामुळे त्यावर पडलेला प्रकाश वेगवेगळ्या श्रेणीमध्ये वेगवेगळ्या प्रमाणात परावर्तित होतो. त्या त्या पृष्ठभागांचा वर्णक्रमीय प्रतिसाद वेगवेगळा असतो. वनस्पती, पाणी व माती यांची वर्णक्रमीय सही ही वेगवेगळी, वैशिष्ट्यपूर्ण व एकमेव असते. संवेदकाद्वारे प्रत्यक्ष परिस्थितीमधील वर्णक्रमीय प्रतिसाद मोजला जातो. या प्रतिसादाची सांगड कृत्रिम बुद्धिमत्ता तंत्रज्ञानाच्या साह्याने आधीच साठवलेल्या ‘वर्णक्रमीय स्वाक्षरी च्या संग्रहातील स्वाक्षरीशी घालून त्याची नेमकी ओळख पटविली जाते. (उदा. पीक, माती किंवा जल इ.)

पिकाचा प्रकार ओळखणे
वर्णक्रमीय प्रतिसादाच्या मोजमापाद्वारे फक्त वस्तूच नव्हे तर त्या वस्तूचा प्रकार, ती प्रत्यक्षात कोणत्या स्थितीमध्ये आहे याचेही सुद्धा निदान करता येते. उदा. वर्णक्रमीय प्रतिसादाच्या मोजमापाद्वारे पिकाची ओळख पटवता येते. वेगवेगळ्या वनस्पतीची जैव रासायनिक रचना, पानाची रचना, पानाची वैशिष्ट्ये, प्रकाश गुणधर्म इ. वेगवेगळे असल्याने विद्युतचुंबकीय वर्णपटामध्ये त्या वनस्पतीच्या पृष्ठभागाद्वारे प्रकाशाचे शोषण, परावर्तन व प्रसारण वेगवेगळे असते. त्यामुळे प्रत्येक पिकाची ‘वर्णक्रमीय स्वाक्षरी’ भिन्न असते. त्याद्वारे पिकाचा प्रकार ओळखा येतो (आकृती क्रमांक १).

पिकावरील जैविक व अजैविक ताणाचे निदान करणे
पिकांस योग्य वेळी पाणी व अन्नद्रव्ये मिळाल्यास पिके सशक्त व अजैविक ताणविरहित असतात. त्यांची वाढ जोमदार होते. मात्र पिकांस पाणी व अन्नद्रव्ये गरजेप्रमाणे उपलब्ध न झाल्यास त्याचा (अजैविक) ताण पडतो. त्याची लक्षणे पिकाच्या पृष्ठभागावर दिसतात. उदा. पिकावर पाण्याच्या कमतरतेचा ताण पडल्यास त्याची पाने (पृष्ठभाग) वेगवेगळी वैशिष्ट्ये दर्शवितो. त्याचा वर्णक्रमीय प्रतिसाद वेगवेगळा असतो.

तो वेगवेगळा का असतो, हे आपण आता पाहू.
१. सामान्य/ताणरहित परिस्थिती : सामान्य स्थितीमध्ये पिकास पाण्याची उपलब्धता पुरेशा प्रमाणात असताना पिके प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेसाठी बहुतेक दृश्यमान प्रकाश शोषून घेतात. निकट अवरक्त प्रकाश जास्त प्रमाणात परावर्तित करतात. ताणरहित वनस्पतीमध्ये तुलनेने पेशी रचना घनता उच्च असून, निरोगी हरितद्रव्याचे प्रमाण जास्त असल्याने त्याद्वारे निकट अवरक्त श्रेणीमधून प्रकाश परावर्तित होण्याचे प्रमाण जास्त असते.
२. पाण्याचा ताण पडण्याची सुरुवात : पाण्याच्या ताणाच्या सुरुवातीच्या काळात पिके कोमजण्याची चिन्हे दिसण्यापूर्वी वर्णक्रमीय प्रतिसादामध्ये लक्षणीय बदल दिसून येत नाही. मात्र काही सूक्ष्म बदल दिसू शकतात. जसे निकट अवरक्त श्रेणीमधून प्रकाश परिवर्तनामध्ये थोडीशी घट होणे, दृश्यमान (लाल) श्रेणीमधून प्रकाश परिवर्तनामध्ये थोडीशी वाढ होणे इ. अर्थात, वर्णक्रमीय स्वाक्षरीमध्ये लगेचच फारसा बदल झाला नाही, तरी सूक्ष्म बदल हे पिकास पाण्याचा ताण पडायला सुरुवात झाल्याचे दाखवितात.
३. पाण्याचा मध्यम ताण : जसजसा पाण्याचा ताण अधिक वाढतो, तसे पीक कोमजत जाते. त्याच्या वर्णक्रमीय प्रतिसादामध्ये लक्षणीय बदल होऊन वर्णक्रमीय स्वाक्षरी ही अधिक भिन्न मिळते. म्हणजेच दृश्यमान श्रेणीमधील परावर्तन अधिक वाढते. निकट अवरक्त श्रेणीमधून परावर्तन अधिक कमी होते. पाण्याच्या तणाखाली वनस्पतींमध्ये शारीरिक बदल होतात. क्लोरोफिलचे प्रमाण कमी होते. पेशीय संरचनेमध्ये अधिक बदल होऊन निकट अवरक्त श्रेणीमधून परावर्तन कमी होत जाते.

४. पाण्याचा तीव्र ताण : या अवस्थेमध्ये प्रकाश संश्लेषण अतिशय कमी होणे, पेशींचे खराब होणे, पानातील पाण्याचे प्रमाण अत्यंत होणे इ. मुळे पीक कोरडे/शुष्क किंवा तांबडे दिसते. हरितद्रव्य (क्लोरोफिल) अत्यंत कमी होऊन दृश्यमान श्रेणीमधील परावर्तन लक्षणीयरित्या वाढते. निकट अवरक्त श्रेणीमधील परावर्तन अधिक कमी होते. वर्णक्रमीय प्रतिसादामध्ये लक्षणीय बदल झाल्याने वर्णक्रमीय स्वाक्षरीसुद्धा अधिक भिन्न असते.

अशाच प्रकारे जे जे अन्नद्रव्य गरजेपेक्षा कमी उपलब्ध होईल, त्यामुळे पिकांच्या विविध अवयवांमध्ये, त्यांच्या वाढीत लक्षणीय बदल
होऊ शकतात. त्याचे प्रतिबिंब हे दृश्यमान किंवा अवरक्त किंवा अतिनील श्रेणीमध्ये पडत असते. अशा प्रकारच्या बदलांचे वर्णक्रमीय स्वाक्षऱ्यांचे संग्रह तयार करून ठेवले जातात. पुढे प्रत्यक्ष परिस्थितीमध्ये तशाच प्रकारचा वर्णक्रमीय प्रतिसाद आढळल्यास त्याच अन्नद्रव्याची कमतरता असल्याचे निश्चित करता येते. हीच बाब रोग, कीड यांच्या प्रादुर्भावामुळे निर्माण होणाऱ्या जैविक ताणाच्या संदर्भातही निश्चित करता येते.

आकृती ३ ः वेगवेगळ्या प्रमाणात जैविक ताण असताना कापूस पिकांच्या महात्मा फुले कृषी विद्यापीठ, राहुरी येथे प्रत्यक्षात नोंदवलेल्या वर्णक्रमीय स्वाक्षऱ्या.

ताणामुळे असे बदलते प्रकाशाचे परावर्तिकरण

पिकावर पडणाऱ्या ताणामुळे प्रकाशाच्या दृश्यमान श्रेणी व निकट अवरक्त श्रेणीमधून होणारे परावर्तिकरण व त्यामुळे वर्णक्रमीय प्रतिसाद कसा बदलत जातो, हे पाहू.

दृश्यमान (लाल) श्रेणी ः
जेव्हा पीक निरोगी असते किंवा त्यावर पाण्याचा ताण नसतो, तेव्हा क्लोरोफिलचे प्रमाण जास्त असते. प्रकाशसंश्लेषणासाठी दृश्यमान (लाल) श्रेणीमधील (६५० ते ७०० नॅनो मीटर) प्रकाशाची जास्त आवश्यकता असल्याने या श्रेणीमधील प्रकाश जास्त शोषला जातो. म्हणून त्याचे परावर्तन कमी होते. मात्र जसजसा पाण्याचा ताण वाढत जातो, तसे क्लोरोफिलचे प्रमाण कमी होते. म्हणजेच त्या पिकाची प्रकाश संश्लेषणासाठी दृश्यमान (लाल) श्रेणीमधील प्रकाश शोषण्याची क्षमता कमी कमी होत जाते. याचा परिणाम दृश्यमान (लाल) श्रेणीमधून पिकावर पाण्याचा ताण असताना प्रकाशाचे परावर्तन हे सामान्य स्थितीच्या तुलनेमध्ये (पिकावर पाण्याचा ताण नसताना होणाऱ्या परावर्तनापेक्षा) जास्त असते.

निकट अवरक्त श्रेणी ः
१. पेशीय पाण्याचे प्रमाण : ताण नसलेल्या निरोगी पिकांमध्ये पेशीय पाण्याचे प्रमाण जास्त असते. पाणी हे निकट अवरक्त प्रकाशाचे (७०० ते १३०० नॅनो मीटर) कमकुवत शोषक आहे. त्यामुळे निरोगी वनस्पती ही निकट अवरक्त श्रेणीमधील अधिक प्रकाश परावर्तित करते. मात्र पीक जेव्हा रोगग्रस्त असते, किंवा त्यावर ताण पडलेला असतो, तेव्हा असा प्रकाश कमी परावर्तित करते.
२. पेशी रचना व प्रकाश विखरणी : निरोगी वनस्पतीमध्ये पेशी संरचना अखंड आणि संपूर्ण विकसित असतात. त्यात मुबलक हवेच्या पोकळ्या असतात. त्यामुळे निकट व अवरक्त श्रेणीमधील प्रकाश विखुरण्यापूर्वी पानांमध्ये खोलवर प्रवेश करून मग परावर्तित होतो. त्यामुळे ताण नसलेल्या वनस्पतीच्या पानांमधून निकट अवरक्त श्रेणीमधील प्रकाश जास्त परावर्तित होतो.
३. क्लोरोफिल : हरितद्रव्य (क्लोरोफिल) दृश्यमान श्रेणीमध्ये प्रकाश जास्त शोषतो, तर निकट अवरक्त श्रेणीमध्ये जास्त परावर्तित करतो. त्यामुळे निरोगी वनस्पतीमध्ये क्लोरोफिलचे प्रमाण जास्त असल्याने निकट अवरक्त श्रेणीमधून प्रकाश जास्त परावर्तित होतो.
४. वनस्पती परिस्थिती : तणावग्रस्त पिकांमध्ये वनस्पती कोमजलेल्या अवस्थेत असल्याने त्यातील पेशीय पाण्याचे प्रमाण कमी असते. परिणामी वनस्पतीमध्ये अंतर्गत अनेक बदल घडून येतात. या अंतर्गत बदलामुळे निकट अवरक्त श्रेणीमधील प्रकाशाचे परावर्तिकरण कमी असते.
५. ताण प्रेरित बदल : पाण्याच्या किंवा इतर प्रकारच्या ताणाच्या दरम्यान वनस्पती पाणी वाचवण्यासाठी त्यांची रंध्रे बंद करू शकतात. त्यामुळे हवा विनिमय व प्रकाश संश्लेषण प्रक्रियेवर मर्यादा येतात. परिणामी निकट अवरक्त श्रेणीमधील प्रकाशाचे परावर्तिकरण कमी होते.

दृश्यमान किंवा दृश्यमान श्रेणीशिवाय इतर श्रेणीमधून परावर्तित झालेल्या प्रकाशाच्या वर्णक्रमीय प्रतिसादाद्वारे वेगवेगळ्या वस्तू, त्याचे प्रकार व त्याची अवस्था याची माहिती संवेदकाद्वारे अंकात्मक स्वरूपात प्राप्त होतात. त्याला कृत्रिम बुद्धिमत्ता तंत्रज्ञानाची जोड दिल्यामुळे कृषी क्षेत्रातील संबंधित घटक उदा. पीक, जल व माती इ. यांचे प्रत्यक्ष परिस्थितीमध्ये आकलन करता येते. त्यावरील विविध लक्षणे जाणून घेऊन योग्य ते निदान करता येते. एकदा नेमके काय झाले, याचे निदान झाले पुढील उपाययोजना सुचवता किंवा अवलंबता येतात. त्यामुळे जसे जसे कृत्रिम बुद्धिमत्ता तंत्रज्ञान विकसित होत जाईल, तसतसे या तंत्रज्ञानाचा शेतीमध्ये वापर वाढत जाईल. हे तंत्रज्ञान शेतीपयोगी ट्रॅक्टरचलित स्वयंचलित अवजारे/उपकरणे, यंत्रमानव (रोबोटिक्स) व ड्रोनचलित उपकरणामध्ये वापरता येते.