And the Winner is … AVATARS

14.07.2021

#TEASER In James Camerons preisgekröntem 3D-Kracher AVATAR schlüpft die Hauptfigur Jake Sully mittels Computertechnologie in die Hülle eines Na’vi und entdeckt deren fantastische Biosphäre Pandora. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt AVATARS, in dem das IPK Leibniz-Institut eine führende Rolle hat, steht dem in nichts nach. Mittels Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) wird hier Pflanzenforschung in neuen Dimensionen erlebbar. Diese und der scheinbar unendliche Raum eröffnen völlig neue Möglichkeiten für die interaktive Visualisierung von Daten - eine Revolution für Pflanzenforschung und Züchtung. Für dieses visionäre VR/AR-Konzept ist das AVATARS Projekt kürzlich mit dem VR NOW Award in der Kategorie „Best Industry VR“ ausgezeichnet worden.

#AVATARS

Im Fokus des AVATARS Projekts steht die Samenentwicklung von Raps. Viele Terabyte an Daten werden über einen Zeitraum von mehreren Jahren erhoben, um die Lebensprozesse des Rapssamens besser zu verstehen. Ziel ist es, künftig genauere Vorhersagen zur Vitalität und Keimfähigkeit machen zu können. Letztlich sollen die verbesserte Visualisierung und Analyse der Forschungsdaten bei der Züchtung von Nutzpflanzen helfen, die immer besser an unsere Anforderungen und den Klimawandel angepasst sind.
Auf dem Weg zu diesem ambitionierten Ziel arbeitet das IPK Leibniz-Institut sehr eng mit dem Züchtungsforschungsunternehmen NPZ Innovation, Breakpoint One - einem Berliner Softwareentwickler für VR/AR Anwendungen - sowie den weiteren Projektpartnern an den Universitäten Bielefeld, Kaiserslautern und Hannover zusammen. 

#Problematik

Durch Automatisierung und moderne Technologien im Feld, Gewächshaus und Labor können auch in der Pflanzenforschung immer mehr Daten in immer kürzerer Zeit generiert werden. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Interpretation dieser Daten, denn nur so entsteht neues Wissen. Die Visualisierung und graphische Aufbereitung in Diagrammen ist für Forscherinnen und Forscher wichtig, um Muster, Strukturen und Zusammenhänge zu erkennen. Aufgrund des immensen Datenvolumens und der großen Komplexität stoßen klassische Diagramme auf dem Computerbildschirm inzwischen jedoch an ihre Grenzen. Die vielen Datenpunkte drängen und überlagern sich zu dichten und übersichtlichen Punktwolken. Das Aufspüren von wichtigen Zusammenhängen ist so sehr schwierig und gleicht oft der Suche nach der Nadel im Heuhaufen.


#Lösung

AVATARS beschreitet neue Wege und setzt auf VR/AR Technologien, die bereits erfolgreich in der Gaming-Industry angewandt werden. Mittels VR-Brille kann man in die Daten zur Rapssamenentwicklung eintauchen, Datenpunkte ansteuern und vergrößern und dort gewünschte Informationen abfragen. Doch nicht nur das: Umfassende Datensätze aus molekularbiologischen Experimenten lassen sich in der VR Umgebung verknüpfen. So kann man einzelne Datenpunkte als 3D-Modell des Samens visualisieren oder umgekehrt Daten zu Sameninhaltsstoffen und deren Verteilung auf ein 3D-Modell des Samens abbilden.


Der Einsatz von VR/AR Technologien bietet auch neue Chancen in der Darstellung von gen-regulatorischen und Stoffwechsel-Netzwerken, die ähnlich komplex aufgebaut sind wie die sozialen Netzwerke Facebook, Twitter oder Instagram. Forscherinnen und Forscher stehen oft vor der Herausforderung Netzwerkknoten zu identifizieren, die eine besondere Bedeutung haben, ähnlich wie Influencer oder Freundeskreise. Die Virtualisierung von Netzwerken erleichtert es Gene und Stoffwechselprozesse zu identifizieren, die einen Einfluss auf Samenmerkmale und -eigenschaften haben, wie z.B. den Sameninhalt und -verteilung, aber auch Vitalität und Keimfähigkeit.

#Fazit

Diese mittels VR/AR gewonnen Informationen und Erkenntnisse sind von Bedeutung, um Nutzpflanzen wie Raps fit zu machen für die Herausforderungen durch den Klimawandel und das Bevölkerungswachstum. Die Technologien dienen als Katalysator für den Gewinn an neuem Wissen. Davon profitieren Pflanzenforschung und Züchtung gleichermaßen.


AVATARS schafft gleichzeitig auch neue Bildungsangebote für Schülerinnen und Schülern in Form von der Plant Journey. Die Plant Journey ist VR Game, das spielerisch Wissen über Pflanzen vermittelt. Die Spieler schlüpfen selbst in die Rolle einer Pflanzenforscherin oder eines Pflanzenforschers. Das Angebot ist eine tolle Ergänzung zum Bio-Unterricht. Plant Journey ist auf der Steam Play Store erhältlich.

Das AVATARS Gesamtpaket hat auch die Jury des VR NOW Awards 2021 überzeugt und wurde kürzlich in der Kategorie „Best Industry VR“ ausgezeichnet. Die internationale Veranstaltung des VR NOW Awards ist eine Initiative des Virtual Reality Verbandes in der deutschen Hauptstadtregion, gefördert durch das Medienboard Berlin-Brandenburg. Seit 2016 würdigt der VR NOW Award Vordenker und die größten Errungenschaften in VR, AR, MR und bei 360° Videos.

#Ausblick

Das AVATARS Projekt versteht sich als Türöffner. Weitere spannende Fortschritte in der Züchtung von klimaangepassten Nutzpflanzen sind zu erwarten durch die Kombination von VR/AR Technologie und künstlicher Intelligenz, die auch im AVATARS Projekt bereits eine Rolle spielt. So könnte die Erfolgsgeschichte des AVATARS Projektes ebenso weitergehen wie die des preisgekrönten 3D-Krachers, für den ebenfalls schon eine Fortsetzung in Planung ist.


Weitere Infos:


AVATARS Projekt:  [link]https://www.avatars-project.de/