הקצאת חישה רובוטית וגירויים לגידול הצמח המודרך

היגוי הצמיחה הכיוונית של צמחים עם מערכת אוטונומית הוא מושג חדשני ומקורי שלא דווח קודם לכן. המפתח כאן בשבילנו הוא לגלות מה באמת ריאלי. הטכניקה שלנו היא השיטה האוטומטית הראשונה לגדל צמחים לצורות וצורות רצויות באמצעות צמתים רובוטיים כדי לזהות צמחים עם החיישנים שלהם ולהחליף את הגירויים בהתאם.

שיטה זו והרובוטים המשמשים כאן יכולים להיות מועסקים עם מבנים הגדלים באופן דינמי שבו פידבקים קובעים את התפתחות מערכת הביוהיברייד. שמירה על בריאות הצמחים וגילוי נוכחותם בנקודות הצטלבות היא מאתגרת. ודא כי מקורות אור חיצוניים אינם מפעילים תגובות פוטוטרופיות במצב כשל.

הדגמה חזותית נחוצה כדי להראות את שיתוף הפעולה בין צמחים ורובוטים לאורך פרקי זמן ארוכים כדי להגדיל דפוסי צמיחה המוגדרים על ידי המשתמש. ג'וליאן Ptezold, סטודנט לתואר שני בקבוצת המחקר שלנו, ידגים את הליך הניסוי. לפני תחילת ניסוי, בחר מין צמח ידוע להציג פוטוטרופיזם חיובי חזק כלפי A אולטרה סגול ואור כחול בקצות ההולכות וגדלות.

בחרנו Phaseolus וולגריס או שעועית נפוצה כי הם גדלים מהר ולהראות צמיחה כיוונית חזקה כלפי אור כחול. חבר כל רובוט סביב מחשב המותאם לרשת תקשורת מקומית אלחוטית בלוח יחיד וממשק את המחשב לחיישנים והפעלה באמצעות לוח מעגלים מודפס מותאם אישית. כלול חיישן קירבה אינפרא-אדום אחד לכל כיוון הנבדק עבור צמחים מתקרבים, כולל דיודות פולטות אור מספיק כדי לספק את דרישות האור הכחול לכל כיוון שנבדק לצמחים מתקרבים.

כלול חומרה המאפשרת רמזים מקומיים בין רובוטים וכוללת photoresistor עבור כל כיוון של הרובוט השכן כדי לפקח על מצב פליטת האור שלהם. כלול חומרה כדי לפזר חום כנדרש על ידי התנאים של דיודות כחולות שנבחרו ואת מארז הרובוט מנוצל באמצעות שילוב של כיורים חום אלומיניום, פתחי אוורור במארז המקרה של כל רובוט ומאווררים. לאחר אישור כי כיווני רכיב הרובוט הם שירות אחיד, למקם את הדיודות הכחולות כדי להפיץ עוצמת אור שווה לכל אחד הכיוונים שממנו הצמחים עשויים להתקרב ולכוון כל דיודה במקרה הרובוט, כך הציר המרכזי של זווית העדשה שלה הוא בתוך 60 מעלות של כל ציר של המכאני לתמוך בו שירותים.

מקם את חיישני הקרבה של האינפרא-אדום באופן שווה עבור כיווני הצמיחה המתקרבים שלהם במרחק של סנטימטר אחד מנקודת ההתקשרות בין הרובוט לבין התמיכה המכנית שמנותנת כל חיישן כך שזווית הצפייה שלו מקבילה לציר התמיכה. לאחר מכן, להדביק גיליון 125 על 180 ס"מ של אקריליק שקוף לעמוד רחב 125 ס"מ המסוגל להחזיק את ההתקנה במצב זקוף. לשלב את הרובוטים לתוך קבוצה של תמיכות מכניות מודולריות להחזיק את הרובוטים בעמדה כפולה לשמש פיגומים טיפוס עבור הצמחים כדי להגביל את מסלולי הצמיחה הממוצעים של הצמחים.

בכל רובוט, כלול נקודות התקשרות כדי לעגן את התומכים המכניים הספציפיים, כולל נקודת חיבור אחת לכל כיוון שבה צמח יכול להתקרב או לצאת מרובוט. מקם סירים עם האדמה המתאימה על הדוכן כנגד גיליון האקרילי והדבק שני רובוטים לגיליון האקרילי החדרת הקצוות של התומכים שהוצבו בעבר לתוך השקעים במקרים רובוט. לאחר מכן חזור על התבנית כדי להדביק את הרובוטים הנותרים ולתמוך בתבנית המחוספסת באלכסון כך שכל שורה של רובוטים היא 35 ס"מ מעל השורה הקודמת ושכל רובוט ממוקם אופקית ישירות מעל הרובוט או מפרק Y שנמצא שתי שורות מתחתיו.

יש לסדר את התומכים המכניים בתבנית מחוספסת באופן קבוע האלכסונית באופן אחיד עם זווית נטייה של 45 מעלות או תלולה יותר עם אורכי תמיכה אחידים של מינימום של 30 ס"מ לתמיכה. האורך החשוף המועדף צריך להיות לפחות 40 ס"מ כדי לאפשר חיץ כלשהו במקרים קיצוניים סטטיסטית של ניתוק צמחים. בתוכנת הרובוט, להקים מצב גירוי שבמהלכו הרובוט פולט אור כחול מצב רדום שבמהלכו הרובוט או פולט אור אדום.

מקם את ההתקנה הניסיונית בתנאים סביבתיים מבוקרים ושמור על פוטוסינתזה של הצמח באמצעות מנורות גידול דיודה פולטות אור חיצוניות לרובוטים ומול ההתקנה הניסיונית. לאחר הנביטה, לספק לכל צמח סיר משלו בבסיס ההתקנה הניסיונית לווסת את טמפרטורת האוויר ואת רמות הלחות בהתאם למינים שנבחרו באמצעות תנורי חימום, מזגנים, מכשירי אדים, ו de-humidifiers לפי הצורך וניטור רמות אלה באמצעות חיישן לחות לחץ טמפרטורה. כדי לבדוק את צמיחת הצמח בנוכחות מספר גירויים עוקבים, ספק לרובוטים מפה גלובלית של התבנית שיש לגדל וללכוד ללא הרף קטעי וידאו של הניסויים באמצעות מצלמות המוצבות בשתי נקודות תצפית או יותר עם תצוגת מצלמה אחת לפחות המקיפה את ההתקנה הניסיונית המלאה.

ודא כי התמונות שנתפסו הם ברזולוציה גבוהה מספיק כדי ללכוד כראוי את התנועות של הצמח גדל טיפים אשר בדרך כלל רק כמה מילימטרים ברוחב. לאחר מכן שימו לב לאירועי ההחזקה של הצמח ותבנית הצמיחה לאורך התומכים המכניים לאורך תקופת צמיחה ניסיונית מתאימה. בתנאים חסרי אור כחול, פוטוטרופיות חיובית אינה מופעלת והצמחים מפגינים צמיחה בלתי משוחדת כלפי מעלה כשהם עוקבים אחר הכבידה.

הצמחים גם הציגו סביבה בדרך כלל. כצפוי בתנאים אלה, הצמחים אינם מצליחים למצוא את התמיכה המכנית המובילה לרובוטים הרדומים ולקרוס כאשר הם כבר לא יכולים לתמוך במשקל שלהם. יש לעצור את הניסוי כאשר לפחות שני צמחים מתמוטטים.

בניסוי נציג זה של החלטה אחת, רובוטי הגירוי הובילו בהצלחה את הצמחים לתמיכה הנכונה. בניסוי מרובה החלטות מייצג זה, הצמחים גדלו לדפוס זיגזג מוגדר מראש באמצעות רובוטים רדומים וגירוי לחוש ולעורר את צמיחת הצמח בהתאמה עד דפוס זיגזג מוגדר מראש גדל במלואו. לימוד סוג זה של מערכת biohybrid סולל את הדרך לטכניקות מתפתחות של אדריכלות, ביולוגיה והנדסה לפתח מבנים אדפטיביים חיים ולגדל רכיבי בנייה.