Fourniture de détection robotique et de stimuli pour la croissance guidée des plantes

Diriger la croissance directionnelle des plantes avec un système autonome est un concept nouveau et original qui n’a pas été signalé auparavant. La clé ici pour nous est de savoir ce qui est réellement faisable. Notre technique est la première méthode automatisée pour faire pousser les plantes dans les formes désirées et les formes en utilisant des nœuds robotiques pour détecter les plantes avec leurs capteurs et de changer les stimuli en conséquence.

Cette méthode et les robots utilisés ici peuvent être utilisés avec des structures dynamiquement croissantes où les rétroactions déterminent le développement du système biohybride. Il est difficile de maintenir la santé des plantes et de détecter leur présence aux points d’intersection. Assurez-vous que les sources de lumière externes ne déclenchent pas les réponses phototropiques dans un état d’échec.

La démonstration visuelle est nécessaire pour montrer la collaboration entre les plantes et les robots sur de longues périodes de temps pour développer des modèles de croissance définis par l’utilisateur. Julian Ptezold, un étudiant diplômé de notre groupe de recherche, démontrera la procédure d’expérience. Avant de commencer une expérience, sélectionnez une espèce végétale connue pour afficher un fort phototropisme positif vers l’ultraviolet A et la lumière bleue dans les pointes de croissance.

Nous avons choisi Phaseolus vulgaris ou haricots communs parce qu’ils poussent rapidement et montrent une forte croissance directionnelle vers la lumière bleue. Composez chaque robot autour d’un seul ordinateur sans fil compatible avec le réseau local et interfacez l’ordinateur avec des capteurs et des actionneurs via un circuit imprimé personnalisé. Inclure un capteur de proximité infrarouge par direction testé pour l’approche des plantes, y compris suffisamment de diodes électroluminescentes pour répondre aux exigences de lumière bleue par direction testées pour l’approche des plantes.

Inclure du matériel qui permet des indices locaux entre les robots et inclure un photorésisteur pour chaque direction du robot voisin pour surveiller leur état d’émettre de la lumière. Incluez du matériel pour dissiper la chaleur selon les conditions des diodes bleues sélectionnées et de l’enceinte robotisé utilisée à l’aide d’une combinaison de puits de chaleur en aluminium, d’évents dans l’enceinte de cas et de ventilateurs de chaque robot. Après avoir confirmé que les directions des composants du robot sont uniformément desservies, placez les diodes bleues pour répartir une intensité lumineuse équivalente à chacune des directions à partir de laquelle les plantes peuvent s’approcher et orienter chaque diode dans le boîtier du robot de telle sorte que l’axe central de son angle de lentille se trouve à moins de 60 degrés de chaque axe du support mécanique qu’elle offre.

Placez les capteurs de proximité infrarouge de façon équivalente pour leurs directions de croissance respectives à moins d’un centimètre du point d’attache entre le robot et le support mécanique en cours d’service orientant chaque capteur de sorte que son angle de vision soit parallèle à l’axe de soutien. Ensuite, apposer une feuille de 125 par 180 centimètres d’acrylique transparent sur un support de 125 centimètres de large capable de tenir la configuration en position verticale. Intégrer les robots dans un ensemble de supports mécaniques modulaires qui tiennent dûment les robots en position et servent d’échafaudages d’escalade pour les plantes afin de limiter les trajectoires de croissance moyennes probables des plantes.

Sur chaque robot, inclure des points de fixation pour ancrer les supports mécaniques spécifiques, y compris un point d’attache pour chaque direction par laquelle une plante peut s’approcher ou quitter un robot. Placez les pots avec le sol approprié sur le support contre la feuille acrylique et fixez deux robots à la feuille acrylique insérant les extrémités des supports précédemment placés dans les prises dans les caisses de robot. Répétez ensuite le modèle pour apposer les robots restants et soutenir dans le modèle en diagonale gritted de sorte que chaque rangée de robots est de 35 centimètres au-dessus de la rangée précédente et que chaque robot est placé horizontalement directement au-dessus du robot ou joint Y qui est deux rangées en dessous.

Les supports mécaniques doivent être disposés dans un motif régulièrement gritted qui est uniformément diagonale avec un angle d’inclinaison à 45 degrés ou plus raide avec des longueurs de soutien uniformes d’un minimum de 30 centimètres par support. La longueur exposée préférée devrait être d’au moins 40 centimètres pour permettre un certain tampon pour les cas statistiquement extrêmes de décollement des plantes. Dans le logiciel robotisé, établissez un état de stimulus au cours duquel le robot émet de la lumière bleue et un état dormant au cours duquel le robot n’émet aucune lumière ou émet de la lumière rouge.

Placez la configuration expérimentale dans des conditions environnementales contrôlées et maintenez la photosynthèse végétale à l’aide de lampes de croissance de diodes électroluminescentes externes aux robots et faisant face à la configuration expérimentale. Après la germination, fournir à chaque plante son propre pot à la base de la configuration expérimentale et réguler les niveaux de température de l’air et d’humidité, le cas échéant pour les espèces sélectionnées à l’aide de radiateurs, climatiseurs, humidificateurs et dés humidificateurs au besoin et en surveillant ces niveaux à l’aide d’un capteur d’humidité de pression de température. Pour tester la croissance des plantes en présence de multiples stimuli ultérieurs, fournissez aux robots une carte globale du modèle à développer et capturez en permanence des vidéos en timelapsed des expériences à l’aide de caméras placées à deux points de vue ou plus avec au moins une vue de caméra englobant la configuration expérimentale complète.

Assurez-vous que les images capturées sont d’une résolution suffisamment élevée pour capturer adéquatement les mouvements des pointes de culture de la plante qui ne mesurent généralement que quelques millimètres de largeur. Observez ensuite les événements d’attachement de la plante et le modèle de croissance le long des supports mécaniques au cours d’une période de croissance expérimentale appropriée. Dans des conditions dépourvues de lumière bleue, le phototropisme positif n’est pas déclenché et les plantes présentent une croissance ascendante impartiale à mesure qu’elles suivent le gravitropisme.

Les plantes ont également affiché généralement la circonférence. Comme prévu dans ces conditions, les plantes ne parviennent pas à trouver le support mécanique menant aux robots dormants et s’effondrent quand elles ne peuvent plus soutenir leur propre poids. L’expérience doit être arrêtée lorsqu’au moins deux plantes s’effondrent.

Dans cette expérience représentative à décision unique, les robots de stimulus ont réussi à orienter les plantes vers le support correct. Dans cette expérience représentative à décision multiple, les plantes sont devenues un modèle prédéfinissant en zigzag utilisant des robots dormants et stimulants pour sentir et stimuler la croissance des plantes respectivement jusqu’à ce que le modèle prédéfinissant en zigzag soit pleinement cultivé. L’étude de ce type de système biohybride ouvre la voie à des techniques émergentes de l’architecture, de la biologie et de l’ingénierie pour développer des structures adaptatives vivantes et développer des composants de bâtiment.