Engineering
This content is Open Access.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
Robotic sensing och stimuli avsättning för guidad växt tillväxt
Chapters
Summary July 1st, 2019
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
Distribuerade robotnoder ger sekvenser av blått ljus stimuli för att styra tillväxt banor av klätter växter. Genom att aktivera naturlig fototropism, robotarna vägleda växterna genom binära vänster-höger beslut, odla dem i fördefinierade mönster som däremot inte är möjligt när robotarna är vilande.
Transcript
Styra riktningstillväxt av växter med ett autonomt system är en ny och originell koncept som inte rapporterades tidigare. Nyckeln här för oss är att ta reda på vad som faktiskt är genomförbart. Vår teknik är den första automatiserade metoden för att odla växter till önskade former och former med hjälp av robotnoder för att upptäcka växter med sina sensorer och för att byta stimuli därefter.
Denna metod och de robotar som används här kan användas med dynamiskt växande strukturer där återkopplingar bestämmer utvecklingen av biohybridsystemet. Att upprätthålla växternas hälsa och upptäcka deras närvaro vid korsningspunkter är utmanande. Kontrollera att externa ljuskällor inte utlöser fototropiska svar i ett feltillstånd.
Visuell demonstration är nödvändig för att visa samarbetet mellan växter och robotar över längre tidsperioder för att växa användardefinierade tillväxtmönster. Julian Ptezold, en grad student i vår forskargrupp, kommer att visa experiment förfarandet. Innan du börjar ett experiment, välj en växtart känd för att visa en stark positiv fototropism mot ultraviolett A och blått ljus i de växande tips.
Vi valde Phaseolus vulgaris eller vanliga bönor eftersom de växer snabbt och visar en stark riktad tillväxt mot blått ljus. Komponera varje robot runt en enda styrelse trådlös lokalt nätverk-aktiverade dator och gränssnitt datorn till sensorer och ställdon via en anpassad kretskort. Inkludera en infraröd närhetssensor per riktning som testas för annalkande växter, inklusive tillräckligt med ljusavgivande dioder för att leverera de blå ljuskraven per riktning som testas för annalkande växter.
Inkludera maskinvara som möjliggör lokala signaler mellan robotar och inkludera en fotoresistor för varje riktning av den närliggande roboten för att övervaka deras ljusavgivningsstatus. Inkludera hårdvara för att avleda värme som krävs av villkoren för de valda blå dioder och den utnyttjade roboten kapsling med hjälp av en kombination av aluminium kylflänsar, ventiler i varje robot fall kapsling och fläktar. Efter att ha bekräftat att robotkomponentriktningarna är enhetligt nas, placera de blå dioderna för att fördela en likvärdig ljusintensitet till var och en av de riktningar från vilka växterna kan närma sig och orientera varje diod i robotfallet så att centrumaxeln på dess linsvinkel ligger inom 60 grader från varje axel av det mekaniska stöd som den servar.
Placera de infraröda närhetssensorerna ekvivalent för sina respektive annalkande tillväxtriktningar inom en centimeter från fästpunkten mellan roboten och det mekaniska stöd som servar orientera varje sensor så att dess betraktningsvinkel är parallell med stödaxeln. Därefter fäster du ett 125 av 180 centimeters ark transparent akryl på ett 125 centimeter brett stativ som kan hålla uppställningen i upprätt läge. Integrera robotarna i en uppsättning av modulära mekaniska stöd som vederbörligen håller robotarna på plats och fungera som klättring byggnadsställningar för växterna att begränsa växternas sannolikt genomsnittliga tillväxt banor.
På varje robot, inkludera fästpunkter för att förankra de specifika mekaniska stöden inklusive en fästpunkt för varje riktning genom vilken en anläggning kan närma sig eller avgå en robot. Placera krukor med lämplig jord på stativet mot akrylarket och fäst två robotar på akrylarket som sätter i ändarna på de tidigare placerade stöden i uttagen i robotfodralen. Upprepa sedan mönstret för att fästa de återstående robotarna och stöd i det diagonalt grusade mönstret så att varje rad av robotar är 35 centimeter över föregående rad och att varje robot är horisontellt placerad direkt ovanför roboten eller Y-leden som är två rader under.
De mekaniska stöden bör ordnas i ett regelbundet grusat mönster som är jämnt diagonalt med en lutningsvinkel vid 45 grader eller brantare med enhetliga stödlängder på minst 30 centimeter per stöd. Den föredragna exponerade längden bör vara minst 40 centimeter för att tillåta viss buffert för statistiskt extrema fall av växtavlossning. I robotprogramvaran etablerar du ett stimulanstillstånd under vilket roboten avger blått ljus och ett vilande tillstånd under vilket roboten antingen avger inget ljus eller avger rött ljus.
Placera den experimentella upplägget under kontrollerade miljöförhållanden och behåll växtfotosyntesen med hjälp av ljusavgivande diodtillväxtlampor externa mot robotarna och som står inför den experimentella inställningen. Efter groning, ge varje växt sin egen kruka vid basen av den experimentella setup och reglera lufttemperaturen och luftfuktigheten som är lämpliga för de valda arterna med hjälp av värmare, luftkonditioneringsaggregat, luftfuktare, och de-luftfuktare vid behov och övervakning dessa nivåer med hjälp av en temperatur tryck luftfuktighet sensor. För att testa växttillväxt i närvaro av flera efterföljande stimuli villkor, ge robotar med en global karta över det mönster som ska odlas och kontinuerligt fånga timelapsed videor av experiment med hjälp av kameror placerade på två eller flera utsiktspunkter med minst en kameravy som omfattar hela experimentella setup.
Se till att de tagna bilderna är tillräckligt höga för att på ett adekvat sätt fånga växtodlingstipsens rörelser som vanligtvis bara är några millimeter i bredd. Observera sedan anläggningens fästhändelser och mönster av tillväxt längs de mekaniska stöden under en lämplig experimentell tillväxtperiod. Under förhållanden som saknar blått ljus, är positiv fototropism utlöses inte och växterna uppvisar undbiased uppåtgående tillväxt som de följer gravitropism.
Växterna visas också typiskt omskärelse. Som förväntat under dessa förhållanden, växterna misslyckas med att hitta den mekaniska stöd som leder till vilande robotar och kollapsa när de inte längre kan stödja sin egen vikt. Experimentet bör stoppas när minst två växter kollapsar.
I detta representativa en-beslut experiment, den stimulans robotar framgångsrikt styrde växterna mot rätt stöd. I detta representativa multipelbeslutsexperiment växte växterna till ett fördefinierat sicksackmönster med vilande och stimulusrobotar för att känna av och stimulera växttillväxten respektive tills det fördefinierade sicksackmönstret var fullvuxet. Att studera denna typ av biohybridsystem banar väg för nya tekniker från arkitektur, biologi och teknik för att utveckla levande adaptiva strukturer och växa byggkomponenter.
Related Videos
You might already have access to this content!
Please enter your Institution or Company email below to check.
has access to
Please create a free JoVE account to get access
Login to access JoVE
Please login to your JoVE account to get access
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Your JoVE Unlimited Free Trial
Fill the form to request your free trial.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You!
A JoVE representative will be in touch with you shortly.
Thank You!
You have already requested a trial and a JoVE representative will be in touch with you shortly. If you need immediate assistance, please email us at subscriptions@jove.com.
Thank You!
Please enjoy a free 2-hour trial. In order to begin, please login.
Thank You!
You have unlocked a 2-hour free trial now. All JoVE videos and articles can be accessed for free.
To get started, a verification email has been sent to email@institution.com. Please follow the link in the email to activate your free trial account. If you do not see the message in your inbox, please check your "Spam" folder.
