Robot sensing og stimuli bestemmelse for guidet plantevækst

Engineering
 

Summary

Distribuerede robot noder giver sekvenser af blå lys stimuli til at styre vækst forløbskurver af klatring planter. Ved at aktivere naturlige Fototropisme guider robotterne planterne gennem binære venstre-højre-beslutninger, hvor de vokser til foruddefinerede mønstre, som derimod ikke er mulige, når robotterne er inaktive.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Wahby, M., Heinrich, M. K., Hofstadler, D. N., Petzold, J., Kuksin, I., Zahadat, P., Schmickl, T., Ayres, P., Hamann, H. Robotic Sensing and Stimuli Provision for Guided Plant Growth. J. Vis. Exp. (149), e59835, doi:10.3791/59835 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Robot systemer er aktivt undersøgt for manipulation af naturlige planter, typisk begrænset til landbrugsmæssige automatiserings aktiviteter såsom høst, kunstvanding og mekanisk ukrudtsbekæmpelse. Udvidelse af denne forskning, introducerer vi her en ny metode til at manipulere retningsbestemt vækst af planter via deres naturlige mekanismer til signalering og hormon distribution. En effektiv metode til tilvejebringelse af robot stimuli kan åbne op for muligheder for nye eksperimenter med senere udviklingsfaser i planter eller for nye bioteknologiske anvendelser såsom forme planter til grønne vægge. Interaktion med planter præsenterer flere robot-udfordringer, herunder kort trækkende sensing af små og variable plante organer, og den kontrollerede aktivering af plante reaktioner, der påvirkes af miljøet i tillæg til de angivne stimuli. For at styre plantens vækst udvikler vi en gruppe af immobile robotter med sensorer til at detektere nærheden af voksende spidser, og med dioder til at give lys stimuli, der gør Fototropisme til virkelighed. Robotterne testes med klatre fælles bønne, Phaseolus vulgaris, i eksperimenter med varigheder op til fem uger i et kontrolleret miljø. Med robotter sekventielt udsender blå lys-peak emission ved bølgelængde 465 Nm-plantevækst er lykkedes styres gennem successive binære beslutninger langs mekaniske støtter at nå målet positioner. Vækstmønstre testes i en opsætning op til 180 cm i højden, med plante stængler dyrket op til groft 250 cm i kumulativ længde over en periode på ca. syv uger. Robotterne koordinerer sig selv og arbejder helt selvstændigt. De opdager, at der nærmer sig plante spidser ved infrarøde nærhedssensorer, og kommunikerer via radio for at skifte mellem blåt lys-stimuli og sovende status efter behov. Samlet set understøtter de opnåede resultater effektiviteten ved at kombinere robot-og plante eksperiment metoder til undersøgelse af potentielt komplekse interaktioner mellem naturlige og konstruerede autonome systemer.

Introduction

Kongruent med den stigende prævalens af automatisering i produktion og produktion, er robotter bliver udnyttet til at so, behandle og høst planter1,2,3,4,5. Vi bruger robotteknologi til at automatisere plante eksperimenter på en ikke-invasiv måde med det formål at styre væksten via retningsbestemte reaktioner på stimuli. Traditionelle havearbejde praksis har inkluderet manuel udformning af træer og buske ved mekanisk tilbageholdenhed og opskæring. Vi præsenterer en metodologi, der for eksempel kan anvendes på denne forme opgave, ved at styre vækstmønstre med stimuli. Vores præsenteret metodologi er også et skridt i retning af automatiserede plante eksperimenter, her med et specifikt fokus på at give lys stimuli. Når teknologien er blevet robust og pålidelig, har denne tilgang potentiale til at reducere omkostningerne i plante eksperimenter og til at give mulighed for nye automatiserede eksperimenter, der ellers ville være umulig på grund af overhead i tid og manuelt arbejde. De robot elementer er frit programmerbare og handle selvstændigt, da de er udstyret med sensorer, aktuatorer til stimuli levering, og mikroprocessorer. Mens vi fokuserer her på nærhed sensing (dvs., måling af afstande på tæt afstand) og lys stimuli, mange andre muligheder er gennemførlige. For eksempel kan sensorer bruges til at analysere plante farve, til at overvåge biokemiske aktivitet6, eller til fytosensing7 tilgange til at overvåge for eksempel miljømæssige forhold gennem plante Elektrofysiologi8. Tilsvarende kan aktuatoroptioner give andre typer af stimuli9, gennem vibrationsmotorer, sprøjte anordninger, varmeapparater, ventilatorer, skygge enheder eller manipulatorer til direkte fysisk kontakt. Yderligere aktiveringsstrategier kunne implementeres for at give robotterne langsom mobilitet (dvs. "Slow bots"10), således at de gradvist kunne ændre den position og retning, som de giver stimuli fra. Desuden, da robotterne er udstyret med enkelt-bord computere, de kunne køre mere sofistikerede processer såsom visioning for plante fænotype11 eller kunstige neurale netværk controllere for stimuli aktivering12. Da den plante videnskabelige forskning fokus er ofte på tidlig vækst (dvs., i skud)13, hele domænet for at bruge autonome robotsystemer til at påvirke planter over længere perioder synes under udforsket og kan tilbyde mange fremtidige muligheder. Går endnu et skridt videre, de robot elementer kan ses som objekter af forskning selv, så studiet af den komplekse dynamik i Bio-hybridsystemer dannet af robotter og planter tæt samspil. Robotterne selektivt pålægge stimuli på planterne, planterne reagerer i henhold til deres adaptive adfærd og ændre deres vækstmønster, som efterfølgende detekteres af robotterne via deres sensorer. Vores tilgang lukker den adfærdsmæssige feedback loop mellem planterne og robotterne og skaber en homeostatisk kontrol sløjfe.

I vores eksperimenter til at teste funktionen af robotsystemet, vi udelukkende bruge klatring fælles bønne, Phaseolus vulgaris. I denne opsætning bruger vi klatreplanter, med mekaniske understøtninger i en gitter stillads af Total højde 180 cm, således at planterne er påvirket af thigmotropism og har et begrænset sæt af vækst retninger at vælge imellem. I betragtning af at vi ønsker at forme hele planten over en periode på uger, bruger vi blå lys stimuli til at påvirke anlæggets Fototropisme makroskopisk, over forskellige vækstperioder, herunder unge skud og senere stængelstiklinger. Vi gennemfører eksperimenter i fuldt kontrollerede omgivende lys forhold, hvor andre end de blå lys stimuli vi giver udelukkende rødt lys, med peak emission ved bølgelængde 650 nm. Når de når en bifurcation i den mekaniske støtte gitter, de gør en binær beslutning om at vokse til venstre eller højre. Robotterne er placeret ved disse mekaniske bifurkationer, adskilt af afstande på 40 cm. De selvstændigt aktivere og deaktivere deres blå lys udledning, med peak emission ved bølgelængde 465 Nm, ifølge en foruddefineret kort over det ønskede vækstmønster (i dette tilfælde en zigzag mønster). På denne måde er planterne guidet fra bifurcation til bifurcation i en defineret sekvens. Kun én robot er aktiveret på et givet tidspunkt — hvor den udsender blåt lys, mens den selvstændigt overvåger anlæggets vækst på den mekaniske støtte nedenunder. Når det opdager en voksende spids ved hjælp af sine infrarøde nærhed sensorer, det stopper udsender blåt lys og kommunikerer til sine tilstødende robotter via radio. Robotten, der bestemmer sig for at være det næste mål i sekvensen derefter aktiveres, tiltrække plantevækst mod en ny mekanisk bifurcation.

Da vores tilgang inkorporerer både manipuleret og naturlige mekanismer, vores eksperimenter omfatter flere metoder, der opererer samtidigt og indbyrdes afhængige. Protokollen her er først organiseret i henhold til den type metode, som hver især skal integreres i en samlet eksperiment setup. Disse typer er plantearter udvælgelse; robot design, herunder hardware og mekanik; robot software til kommunikation og kontrol; overvågning og vedligeholdelse af plantesundhed. Protokollen fortsætter derefter med eksperimentet design, efterfulgt af dataindsamling og registrering. For fuldstændige oplysninger om hidtil opnåede resultater, se Wahby et al.14. Repræsentative resultater omfatter tre typer eksperimenter — kontrol eksperimenter, hvor alle robotter ikke giver stimuli (dvs. er inaktive); eksperimenter med en enkelt beslutning, hvor anlægget foretager et binært valg mellem en stimulerende robot og en, der er i dvale. og multiple-beslutning eksperimenter, hvor planten navigerer en sekvens af binære valg til at dyrke et foruddefineret mønster.

Protocol

1. procedure for udvælgelse af plantearter

Bemærk: denne protokol fokuserer på anlæggets adfærd relateret til klatring, retningsbestemt reaktioner på lys, og sundhed og overlevelse af planterne i den specifikke sæson, placering, og eksperimentelle forhold.

  1. Vælg en plante art kendt for at vise stærk positiv foto tropisme15,16 mod UV-a og blåt lys (340 – 500 nm) i de voksende tips.
  2. Vælg en art, der er en spole, hvor omløbet17 opførsel udtales og den voksende spids har spiralformede forløbskurver med stor nok amplitude til at vinden omkring de mekaniske understøtninger, der anvendes i de specifikke eksperimentelle betingelser. Den slyngende18 adfærd udstillet af den valgte Winder bør tolerere miljø og næringsstof forhold til stede i forsøget og bør tolerere mekaniske understøtninger med hældningsvinkel op til 45 °.
  3. Vælg en art, der vil vokse pålideligt og hurtigt i forsøgsbetingelserne, med en gennemsnitlig væksthastighed ikke mindre end ca. 5 cm om dagen, og helst hurtigere, hvis det er muligt.
  4. Vælg en art, der vil vise de nødvendige adfærd i denne sæson og geografiske placering.
  5. Sørg for, at arterne tolererer den række af miljøparametre, der vil være til stede i forsøgs opsætningen. Planten bør tolerere fravær af grønt lys og fravær af lys uden for det synlige spektrum (400 – 700 nm). Anlægget bør også tolerere enhver nuværende temperatursvingninger, holdes på omkring 27 °C, samt eventuelle nuværende udsving i fugtighed og vanding.

2. robot betingelser og design

  1. Organiser robot funktioner i decentraliserede noder med enkelt-bræt computere (Se figur 1 og figur 2), integreret i modulære mekaniske understøtninger. Sørg for, at hver identisk robot node er i stand til at styre og udføre sin egen adfærd.
  2. For robot tilvejebringelse af stimuli til planter, give blåt lys (400 – 500 nm) til planter med kontrollerbare intervaller, ved en intensitet, der vil udløse deres foto trope respons, fra den retning og retning, der kræves for den pågældende del af forsøget .
    1. Vælg en rød-grøn-blå (RGB) lysemitterende Diode (LED) eller en isoleret blå LED. I begge tilfælde, omfatter en LED med en blå diode med peak emission ƛMax = 465 Nm.
    2. Vælg en LED, der, når de samles i grupper og indstilles i de præcise betingelser for den udnyttede robot, kan opretholde det påkrævede lysintensitetsniveau i hver retning, der testes i eksperiment opsætningen. For hver retning, der afprøves, skal det sikres, at de blå dioder i LED'erne i en enkelt robot kollektivt er i stand til at opretholde et lysintensitetsniveau på ca. 30 lumen uden overophedning, når de er placeret i det udnyttede robot kabinet og eventuelle anvendte strategier for varmeafledning. Den valgte LED skal have en betragtningsvinkel på ca. 120 °.
      Bemærk: for eksempel, i en robot, der udnytter tre lysdioder pr retning, med microcontroller-aktiveret regulering af intensitet, hvis de blå dioder udsender med maksimal lysintensitet Φ = 15 lumen, så uden overophedning de bør være i stand til at opretholde 65% af det maksimale.)
    3. Interface lysdioder til robottens enkelt-bord computer, via LED-drivere, der regulerer strømforsyningen i henhold til den ønskede lysstyrke. Aktivér individuel kontrol, enten af hver LED eller af LED-grupperne, der betjener hver retning, der testes i opsætningen.
  3. Til sensing-proceduren for nærhed af plantevækst Tips (Se figur 3b), bruge forarbejdede aflæsninger fra infrarød nærhed (IR-nærhed) sensorer til pålideligt og selvstændigt detektere tilstedeværelsen af planter nærmer sig fra hver retning testet i opsætningen.
    1. Vælg en IR-Nærhedssensor, der regelmæssigt registrerer den voksende spids af de udvalgte plantearter, når den er anbragt vinkelret på den centrale akse i den retning, hvorfra anlægget nærmer sig, som afprøvet i et uhindret miljø. Sørg for, at en vellykket detektering starter fra en afstand på 5 cm, som det ses i figur 3a , begyndende ved tidsstemplet med betegnelsen ' 07.04.16 ' på den vandrette akse.
    2. Grænseflade hver IR-Nærhedssensor til robottens enkelt-bord computer, og implementere en vægtet aritmetisk gennemsnitlig tilgang til at behandle sensor aflæsninger til en bestemmelse af, om en plante er til stede inden for 5 cm. Brug sensor aflæsninger fra den seneste 5 s til at give 20% af den endelige gennemsnitlige vægt anvendes til påvisning.
    3. Sørg for, at den valgte IR-Nærhedssensor ikke udsender kritiske bølgelængder, der kan forstyrre de valgte arters lysdrevne opførsel. Sørg for, at bølgelængder, der udsendes af sensoren under 800 nm, ikke er til stede ved afstande, der er større end 5 mm fra sensorens infrarøde kilde, målt ved spektrometer.
  4. Distribuer eksperimentets funktioner over sættet af robotter, så hver robot selvstændigt kan styre de portioner, der fortsætter i sit eget lokalområde. Arranger robotterne levering af lysstimuli og sensor kapaciteter i henhold til de respektive plantevækst retninger, der testes.
    1. Komponér hver robot omkring en computer med en enkelt tavle, der er aktiveret trådløst lokalnetværk (WLAN). Interface computeren til sensorer og aktuatorer via et brugerdefineret printkort (PCB). Power hver robot individuelt, med sin egen batteri backup.
    2. Medtag en IR-Nærhedssensor pr. retning, der testes for nærmer anlæg, i henhold til ovenstående krav.
    3. Medtag nok lysdioder til at levere ovenstående blå lys krav, pr retning testes for nærmer planter.
      1. Hvis du bruger RGB lysdioder i stedet for blå lysdioder, eventuelt aktivere udledning fra den røde diode, når den blå diode ikke er i brug, at forøge den røde lys levering beskrevet nedenfor (for Plantesundhed via støtte af fotosyntese).
      2. Hvis der udsendes rødt lys fra robotterne med bestemte intervaller, skal der anvendes røde dioder med spids emission på ca. ƛMax = 625 – 650 nm, uden at der er nogen kritiske bølgelængder, der overlapper det grønne bånd (dvs. under 550 nm) eller det langt røde bånd (dvs. over 700 nm).
      3. Lad ikke røde dioder producere varme niveauer, der er højere end de blå dioder.
    4. Medtag hardware, der muliggør lokale stikord mellem robotter. Medtag en foto oresistor (dvs., lys-afhængig modstand eller LDR) for hver retning af en tilstødende robot til at overvåge deres lys udledning status. Alternativt kan du kommunikere status for lokale naboer via WLAN.
    5. Medtag hardware for at sprede varmen, som det kræves af betingelserne for de valgte blå dioder og det udnyttede robot kabinet. Udføres ved en kombination af aluminium køle vaske, ventilationsåbninger i robottens kabinet og ventilatorer. Aktivér ventilatorer ved en digital temperatursensor på enkeltkortcomputeren eller supplerende PCB.
    6. Organiser robot komponenterne således, at de relevante retninger er jævnt serviceret.
      1. Anbring de blå dioder for at distribuere en tilsvarende lysintensitet til hver af de retninger, som planterne kan nærme sig (dvs. fra de mekaniske understøtninger, der er fastgjort til robottens nederste halvdel, se trin 2,5). Orienter hver diode i robot etuiet således, at midteraksen af dens linsevinkel er inden for 60 ° af hver akse af mekanisk støtte det tjenester, og placere den til ikke at blive blokeret af robotten sagen.
      2. Anbring IR-nærheds sensorerne tilsvarende for deres respektive tilnærmelsesvise vækst retninger (dvs. fra de mekaniske understøtninger, der er fastgjort til robottens nederste halvdel, se trin 2,5). Anbring hver IR-Nærhedssensor inden for 1 cm fra fastgørelsespunktet mellem robotten og den mekaniske støtte, der serviceres, og Indstil den således, at dens betragtningsvinkel er parallel med støtte aksen. Sørg for, at dens udleder og modtager ikke blokeres af robot etuiet.
      3. Anbring alle fotorealistiske til lokal kommunikation, der er tilsvarende for hver retning, der vender mod en tilstødende robot i opsætningen (dvs. fra alle mekaniske understøtninger, der er fastgjort til robotten, se 2,5). Orienter hver foto oresistor således, at midteraksen i sin betragtningsvinkel er inden for 45 ° af den støtte akse, den tjenester, og position til ikke at blive blokeret af robotten sagen.
    7. Saml alle komponenter med enkeltboard computeren (Se Blokdiagrammet i figur 2). Sørg for, at computeren let kan tilgås til vedligeholdelse efter montering.
      1. Interface lysdioder til computeren via LED-drivere ved hjælp af Pulsbreddemodulation. Brug en fast mekanisk forbindelse mellem LED'erne og enten etuiet eller kølelegemet, og brug en mekanisk uhæmmet forbindelse mellem lysdioder og computeren.
      2. Interface fans til computeren via lineær regulator (dvs. switch) ved hjælp af et generelt formål input/output header pin. Fastgør ventilatorer, hvor der er tilstrækkelig luftstrøm, samtidig med at der ikke lægges mekanisk belastning på dem.
      3. Grænseflade infrarøde nærhedssensorer og foto oresistorer via analog-til-digital konverter, ved hjælp af seriel perifer grænseflade. Brug en fast mekanisk forbindelse fra sensorerne til etuiet og en mekanisk uhæmmet forbindelse til computeren.
      4. Fremstilling af robot etuiet fra varmebestandigt plast ved hjælp af enten selektiv laser sintring, stereolitografi, sammensmeltet deposition modellering eller sprøjtestøbning.
  5. Integrer robotterne i et sæt modulære mekaniske understøtninger, der holder robotterne i position og fungerer som klatre stilladset for planterne, hvilket begrænser planternes sandsynlige gennemsnitlige vækstforløb. Design robotterne til at fungere som supplerende mekaniske samlinger mellem understøtninger, placeret således, at de skærer de planter vækst forløbskurver.
    1. Minimer robot størrelsen, og sørg for, at den kan overføres pålideligt af en ikke-understøttet voksende spids af de udvalgte plantearter. Reducer robot størrelse i videst muligt omfang for at øge eksperimentets hastighed.
    2. Form de udvendige vægge af robot legemet til at være så diskret at plantevækst som muligt, når en voksende spids trinvist navigerer rundt i robotten. Runde eller facet robotten kroppen til ikke at blokere den spiralformede bane af omfarvning i slyngende plantearter. Udelad skarpe fremspring og akutte indrykninger.
    3. Vælg et materiale og en profil (dvs. form af tværsnit) for de mekaniske understøtninger, således at de udvalgte plantearter effektivt kan klatre op, for eksempel en træstang med cirkulær profil af en diameter på ca. 8 mm eller derunder. Sørg for, at de mekaniske understøtninger er strukturelt stive nok til at understøtte planterne og robotterne i opsætningen, forstærket med en transparent akrylplade bag opsætningen.
    4. På hver robot omfatter fastgørelsespunkter for at forankre de specificerede mekaniske understøtninger. Medtag en for hver retning, som en plante kan nærme sig eller afvige en robot.
      1. For hvert fastgørelsespunkt skal du inkludere en sokkel i robot etuiet med dimensioner, der matcher tværsnit af støttematerialet.
      2. Sæt bøsningen med en dybde på mindst 1 cm. hold soklen overfladisk nok til, at støtten ikke kolliderer med komponenter inde i robotten.
    5. Arranger de mekaniske understøtninger i et regelmæssigt gittermønster, ensartet diagonal med en hældningsvinkel på 45 ° eller stejlere. Gør længden af understøtninger uniform. Den mindste eksponerede længde af støtten er 30 cm, for at give tilstrækkelig plads til klatreplanter til at vedhæfte efter at have udforsket området i deres understøttet tilstand. Den foretrukne eksponerede længde er 40 cm eller mere, for at tillade en vis buffer til statistisk ekstreme tilfælde af plante vedhæftning.
    6. Saml de mekaniske elementer med robotterne. Følgende protokol antager en eksponeret støtte længde på 40 cm, og en opsætning af otte robotter i fire rækker (Se figur 6). For andre størrelser, skala i overensstemmelse hermed.
      1. På gulvet overfladen, bygge en fod 125 cm bred, der er i stand til at holde opsætningen i opretstående position.
      2. Fastgør en 125 cm x 180 cm plade (8 mm tyk eller mere) transparent akryl til stativet, således at det står oprejst.
      3. Placer Potter med den rette jord på stativet, mod akrylplade.
      4. Fastgør to mekaniske y-samlinger til akryl arket, 10 cm over gryderne. Placer leddene 45 cm og 165 cm til højre for henholdsvis den venstre kant af stativet.
      5. Fastgør to understøtninger til venstre y-joint, hælder 45 ° til venstre og til højre, og fastgør en støtte til højre y-joint, hælder 45 ° til venstre.
      6. Fastgør to robotter til akryl arket, og sæt enderne af de tidligere placerede understøtninger i stikkene i robot Etuier. Anbring robotterne 35 cm over y-leddene og henholdsvis 10 cm og 80 cm til højre for den venstre kant af stativet.
      7. Gentag mønsteret for at anbringe de resterende robotter og støtte i det diagonalt gittermønster (Se figur 6), således at hver række af robotter er 35 cm over den foregående række, og hver robot er vandret placeret direkte over robotten eller y-joint, der er to rækker nedenunder.

3. robot software

  1. Installer et operativsystem (f. eks Raspbian) på den enkelt-bord computere af robotter.
  2. Under hvert eksperiment skal du køre software protokollen på hver robot parallelt, så deres distribuerede autonome adfærd (Se Wahby et al.14, for pseudocode og flere detaljer).
  3. Etablere to mulige tilstande for robotten: den ene er en stimulus -tilstand, hvor robotten udsender blåt lys ved den intensitet, der er beskrevet ovenfor; den anden er en hvil ende tilstand, hvor robotten enten udsender intet lys eller udsender rødt lys som beskrevet ovenfor.
    1. I stimulus -tilstand, sende en Pulsbreddemodulation (PWM) signal via den enkelt-bord computer med en frekvens, der svarer til den ønskede lysstyrke til de blå lysdioder drivere.
    2. I hvil ende tilstand, udløse ingen lysdioder, eller hvis det er nødvendigt sende et PWM signal til kun de røde lysdioder drivere.
  4. I kontrol eksperimenter, tildele alle robotterne hvil ende tilstand.
  5. I enkelt-beslutnings forsøg, tildele en robot den hvil ende stat og en robot stimulus tilstand.
  6. I eksperimenter med flere beslutninger skal du starte initialiseringsprocessen på følgende måde.
    1. Forsyne hver robot med et komplet konfigurations kort over det mønster af plantevæksten, der skal testes i det aktuelle eksperiment.
    2. Angiv placeringen af robotten i mønsteret, enten automatisk ved hjælp af lokaliserings sensorer eller manuelt.
    3. Sammenlign robottens placering med det medfølgende kort. Hvis robottens placering er den første placering på kortet, indstilles robotten til stimulus. Ellers skal robotten sættes i dvale. Initialiseringsprocessen afsluttes.
  7. I eksperimenter med flere beslutninger startes styre processen på følgende måde. Udfør iterativt.
    1. Kontrollér robottens IR-Nærhedssensor aflæsning for at se, om der er fundet en plante.
    2. Hvis en plante er detekteret og robotten er sat til hvilende, derefter vedligeholde.
    3. Hvis en plante er detekteret og robotten er indstillet til stimulus, så:
      1. Informer de tilstødende nabo robotter om, at en plante er blevet detekteret, og Medtag robottens placering i beskeden.
      2. Sæt robotten i dvale.
      3. Sammenlign robottens placering med kortet. Hvis robotten er på det sidste sted på kortet, så send et signal via WLAN, at eksperimentet er færdigt.
    4. Tjek robottens indkommende meddelelser fra dens tilstødende tilstødende robotter for at se, om en af dem, der var indstillet til stimulus har opdaget en plante.
    5. Hvis en stimulus nabo har opdaget en plante, skal du sammenligne naboens placering med robottens placering og også sammenligne med kortet.
    6. Hvis robotten er på den efterfølgende placering på kortet, indstille robotten til stimulus.
    7. Afslut den iterativ sløjfe i styre processen, når der er modtaget et signal om, at eksperimentet er færdigt.

4. procedure for overvågning og vedligeholdelse af plantesundhed

  1. Find eksperiment opsætningen under kontrollerede miljøforhold – specielt indendørs uden dagslys eller andet lys uden for de betingelser, der er beskrevet nedenfor, med kontrolleret lufttemperatur og luftfugtighed og med kontrolleret jord vanding. Overvåg betingelserne med sensorer, der er tilsluttet en mikrocontroller eller en enkelt-bræt computer, der er WLAN-aktiveret.
  2. Vedligehold plante fotosyntese ved hjælp af LED-vækst lamper, der er eksterne for robotterne, og som vender mod eksperiment opsætningen.
    1. Brug vækst lamperne til at levere monokromatisk rødt lys til opsætningen, med røde dioder med spids emission på ca. ƛMax = 625 – 650 nm, uden kritiske bølgelængder udenfor intervallet 550 – 700 nm, bortset fra en lav forekomst af omgivende blåt lys, hvis nyttige for de udvalgte arters sundhed. Hvis en lav forekomst af omgivende blåt lys er inkluderet, begrænses til niveauer på en meget lille brøkdel af dem, der udsendes af en enkelt robot.
    2. Angiv de niveauer af rødt lys, der kræves for sundheden for de udvalgte arter, normalt groft 2000 lumen eller mere i alt.
    3. Orienter vækst lamperne til at imødegå eksperimentet setup, således at deres udledning fordeles nogenlunde jævnt overvækst området.
    4. Overvåg omgivelsernes lysforhold ved hjælp af en RGB-farve sensor.
  3. Efter Spiering, give hver plante sin egen gryde i bunden af eksperimentet setup. Angiv passende jord mængde og-type for de udvalgte arter. Sørg for, at jorden og frøene er blevet desinficeret før spireevnen. Brug egnede skadedyrsbekæmpelsesmetoder til at forebygge eller håndtere insekter, hvis de er til stede.
  4. Regulere lufttemperatur og fugtighedsniveauer, i overensstemmelse hermed for de udvalgte arter, ved hjælp af varmeapparater, klimaanlæg, befugtere, og affugtere. Overvåg niveauer ved hjælp af en temperatur trykfugtigheds sensor.
  5. Overvåg jorden ved hjælp af en jord fugt sensor. Opretholde en passende sats for vanding for de udvalgte arter. Udfør ved hjælp af en automatiseret vanding system, hvor vand er leveret til jorden via dyser som udløst af jordens fugt sensor aflæsninger, eller vand jord manuelt, som reguleres af sensor aflæsninger.

5. eksperiment design

  1. Placer robotter og mekaniske understøtninger i et gitter, der er stort nok til at dække vækstområdet og mønsteret, der testes i eksperimentet, ikke mindre end en række og to kolonner af robotter.
  2. Under den nederste række af robotter, placere en række af de standard diagonal mekaniske støtter, der matcher dem i hele opsætningen. Hvis de nedre ende af disse understøtter skærer, slutte sig til dem mekanisk med en ' y-joint. ' For hver ' y-joint ' i bunden af opsætningen, plante et ensartet antal planter i henhold til størrelsen af diagonal gittercelle (omtrent en plante pr 10 cm eksponerede mekaniske støtte længde), med de plantesundhedsmæssige vedligeholdelsesbetingelser beskrevet ovenfor.
  3. Vælg en eksperimenttype, der skal køres, og vælg en mængde og distribution af robotter, hvis det er relevant.
    1. Eksperimenttype 1: kontrol
      Bemærk: dette eksperimenttype tester vækst af klatreplanter i forhold fraværende af lys stimuli til at udløse Fototropisme. Det kan køre på enhver størrelse og form af setup.
      1. Tildel alle robotter den inaktive tilstand (se trin 3,4), og Kør kontinuerligt, indtil resultaterne manuelt vurderes til at være komplette.
      2. Overhold om planterne binder til de mekaniske understøtninger. I et vellykket eksperiment, vil ingen af planterne finde eller vedhæfte til de mekaniske understøtninger.
    2. Eksperimenttype 2: fælles beslutningstagning
      Bemærk: denne eksperimenttype tester planternes vækstforløb, når de præsenteres med binære optioner – en støtte, der fører til en hvil ende robot og en støtte, der fører til en stimulus robot. Den kører kun på minimum opsætningen (dvs. en række, to kolonner).
      1. Tildel en robot den hvil ende tilstand (Se 3,5) og en robot stimulus -tilstand. Kør kontinuerligt, indtil en af de to robotter registrerer en plante med IR-nærhedssensoren.
      2. Overhold anlæggets fastgørelse til mekanisk støtte, vækst langs støtte, og sensor aflæsninger af stimulus robot. I et vellykket eksperiment, vil robotten med stimulus -tilstand detektere en plante, efter at den var vokset langs den respektive støtte.
    3. Eksperimenttype 3: multiple-beslutning
      Bemærk: denne eksperimenttype tester planternes vækst, når de præsenteres med flere efterfølgende stimuli betingelser, der udløser en række beslutninger i henhold til et foruddefineret globalt kort. Det kan køre på enhver størrelse og form af setup, der har mere end det mindste antal rækker (dvs. to eller flere).
      1. Giv robotterne et globalt kort over det mønster, der skal dyrkes (Se trin 3.6-3.7.7).
      2. Overhold de anlægs vedhæftnings hændelser og vækstmønster langs de mekaniske understøtninger.
        1. I et vellykket eksperiment, vil mindst én plante være vokset på hver støtte til stede i det globale kort.
        2. Desuden, i et vellykket eksperiment ingen plante vil have valgt den forkerte retning, når dens voksende spids er placeret på det aktuelt aktive beslutnings punkt.
        3. Må ikke overveje uvedkommende voksende tips her, hvis for eksempel en forgrening begivenhed placerer en ny voksende spids på en forældet placering på kortet.

6. optagelses procedure

  1. Opbevar data fra sensorer og kameraer i første omgang på den enkelt-bord computer, hvor dataene er genereret ombord. Kør indbyggede svar servere, der reagerer på nødvendige anmodninger, såsom den sidst lagrede sensor aflæsning. Med jævne mellemrum uploade data og logfiler over WLAN til en lokalnetværks forbundet lagringsenhed (NAS).
  2. Optag time-lapse videoer af eksperimenterne kontinuerligt ved hjælp af kameraer placeret på to eller flere udsigtspunkter, med mindst én kamera visning, der omfatter den fulde eksperiment setup. Sørg for, at de optagne billeder er af høj nok opløsning til tilstrækkeligt indfange bevægelserne af planten voksende tips, typisk kun et par millimeter i bredden.
    1. Automatiser billed optagelsesprocessen for at sikre ensartede tidsintervaller mellem optagelser ved hjælp af et indbygget kamera på en computer med én tavle eller et enkeltstående digitalt kamera, der er automatiseret med et intervalometer. Installer lamper til at fungere som blinker, automatiseret på samme måde som kameraerne. Sørg for, at blinker er lyse nok til at konkurrere med den røde lys af vækst lamper uden dramatisk efter behandling af billeder til farvekorrektion.
    2. Find de blink, så eksperimentet setup kan være fuldt belyst og derfor klart synlige i billeder. Synkroniser kameraer og blinker sådan, at alle kameraer optage billeder samtidigt, i løbet af en 2 s flash periode. Optag billederne hver 2 minutter, for varigheden af hvert eksperiment.
  3. Log de miljømæssige sensordata, især aflæsninger fra temperatur-tryk-fugt sensor, RGB farve sensor, og jord fugt sensor. Log data fra alle robotter i opsætningen, specifikt IR-Nærhedssensor og fotorealistiske aflæsninger, samt den interne tilstand af robotten, som definerer dens LED udledning status.
  4. Gør alle registrerede data tilgængelige for Fjernovervågning af eksperimenterne via regelmæssige realtidsrapporter for at sikre, at de korrekte betingelser opretholdes for hele eksperimentets varighed op til flere måneder.

Representative Results

Kontrol: Plant adfærd uden robot stimuli.
På grund af manglen på blåt lys (dvs. alle robotter er hvilende), er positiv Fototropisme ikke udløst i planten. Derfor planter viser objektiv opadgående vækst, som de følger gravitropisme. De viser også typisk omkreds (dvs. vikling), se figur 4a. Som forventet, planterne undlader at finde den mekaniske støtte, der fører til hvil ende robotter. Planterne kollapser, når de ikke længere kan støtte deres egen vægt. Vi standser forsøgene, når mindst to planter kollapser, se figur 4b, C.

Enkelt eller flere beslutninger: Plant adfærd med robot stimuli
I fire enkelt-beslutning eksperimenter, to kørsler har mod styring (dvs., robotten venstre for bifurcation er aktiveret til stimulus), og to kørsler har højrestyring. Stimulus robotter med succes styre planterne mod den korrekte støtte, se figur 5. Den nærmeste plante med stilk vinkel mest ligner den korrekte støtte lægger først. I hvert forsøg binder mindst én plante sig til støtten og klatner den, indtil den når stimulus robotten og dermed afslutter eksperimentet. I et eksperiment, en anden plante tillægger den korrekte støtte. De resterende anlæg kan også vedhæfte i længere eksperimentets varighed. Ingen af planterne tillægger den forkerte støtte. Hvert eksperiment kører kontinuerligt i 13 dage i gennemsnit.

I to eksperimenter med flere beslutninger , vokser planterne til et foruddefineret zigzag mønster, se figur 6a. Hvert eksperiment kører i ca. syv uger. Som et eksperiment starter, en robot sætter sin status til stimulus (Se 3.6.3) og styrer planterne mod den korrekte støtte i henhold til det fastsatte mønster. En plante lægger og klatber det, ankommer til den aktiverede stimulus robot derfor fuldføre den første beslutning. Ifølge 3.7.3, den nuværende stimulus robot derefter bliver hvil ende og underretter sine tilstødende naboer. Den sovende nabo, der er næste på zigzag mønster skifter sig til stimulus (Se 3.7.6). Hvis et anlæg detekteres af en hvil ende robot, reagerer robotten ikke (Se 3.7.2). Planterne fortsætter og fuldfører de resterende tre beslutninger med succes. Det foruddefinerede zigzag mønster er derfor fuldt dyrket, se figur 6b.

Alle eksperimentdata, samt videoer, er tilgængelige online24.

Figure 1
Figur 1. Den immobile robot og dens primære komponenter. Figur Genoptrykt fra forfatter publikation Wahby et al.14, bruges med Creative Commons License CC-by 4,0 (Se supplerende filer), med ændringer som tilladt af licens. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2. Den komponentdiagram af immobile robot elektronik. IRLML2060 led-drivere er forbundet med robottens enkelt-bræt computer (f. eks. Raspberry PI) via PWM for at styre lysstyrken på lysdioder. En LP5907-switch er forbundet med en enkelt-Board-computer via en GPIO-headerpin (General-Purpose input/output) for at styre ventilatoren. En MCP3008 analog-til-digital Converter (ADC) er forbundet med enkelt-Board computer via seriel perifer grænseflade (SPI) til at læse de analoge IR og lys-afhængige modstand (LDR) sensordata. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3. Kort efter ' 03.04.16, ' en plante spids klatber en støtte og ankommer i synsfeltet af robotten. (A) prøve IR-Nærhedssensor skalerede spændings aflæsninger (lodret akse) under et eksperiment. Højere værdier indikerer detektering af plantetip. (B) IR-nærhedssensoren anbringes og orienteres efter støtte tilbehøret for at sikre en effektiv detektering af plante spids. Figur Genoptrykt fra forfatter publikation Wahby et al.14, bruges med Creative Commons License CC-by 4,0 (Se supplerende filer), med ændringer som tilladt af licens. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4. Kontrol eksperimenter resultatrammer viser, at alle fire planter ikke tillægger nogen støtte i fravær af blåt lys. (A) efter fem dage vokser alle planter opad i et af kontrol forsøgene (Se (C) for senere vækst tilstand). (B) efter 15 dage kollapsede tre planter, og man voksede stadig opad i det første kontrol eksperiment. (C) efter syv dage kollapsede to planter, og to voksede stadig opad i det andet kontrol eksperiment (Se (a) for tidligere vækst tilstand). Figur Genoptrykt fra forfatter publikation Wahby et al.14, bruges med Creative Commons License CC-by 4,0 (Se supplerende filer), med ændringer som tilladt af licens. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5. Enkelt-beslutning eksperimenter resultat frames viser evne til en stimulus robot til at styre planterne gennem en binær beslutning, at klatre den korrekte støtte. I alle fire eksperimenter, en robot er sat til stimulus og den anden til hvilende-på to modsatte sider af et knudepunkt. Rammerne viser planternes placering lige før stimulus robotten opdager dem. I hvert forsøg tillægger mindst én plante den korrekte støtte, og ingen plante binder sig til den forkerte. Også, de ikke-understøttede planter viser vækst forudindtaget mod stimulus robot. E, F, G, H er closeups af A, B, C, D hhv. Figur Genoptrykt fra forfatter publikation Wahby et al.14, bruges med Creative Commons License CC-by 4,0 (Se supplerende filer), med ændringer som tilladt af licens. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6. Eksperiment med flere beslutninger . (A) det målrettede zigzag mønster fremhæves med grønt på kortet. (B) den sidste frame fra eksperimentet (efter 40 dage), viser planternes situation, før den sidste stimulus robot på mønsteret registrerer dem. Robotterne med succes dyrke zigzag mønster. Figur Genoptrykt fra forfatter publikation Wahby et al.14, bruges med Creative Commons License CC-by 4,0 (Se supplerende filer), med ændringer som tilladt af licens. Klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Den præsenterede metodologi viser de første skridt i retning af at automatisere den stimuli-drevne styring af plantevæksten, for at generere specifikke mønstre. Dette kræver kontinuerlig vedligeholdelse af plantesundhed og samtidig kombinere i et enkelt eksperiment setup de forskellige riger af biokemiske vækst svar og manipuleret Mechatronic funktioner-sensing, kommunikation, og kontrolleret generation af stimuli. Da vores fokus her er på klatreplanter, mekanisk støtte er også integreret. En begrænsning af den nuværende opsætning er dens omfang, men vi mener, at vores metode nemt skalerer. Den mekaniske stillads kan udvides til større opsætninger og derfor længere perioder med vækst, som også giver mulighed for udvidede konfigurationer og mønstre. Her er opsætningen begrænset til to dimensioner og binære venstre-højre-beslutninger, da væksten er begrænset til et gitter af mekaniske understøtninger ved 45 ° hældning, og planternes beslutnings positioner er begrænset til det pågældende nets bifurkationer. Mekaniske forlængelser kan omfatte 3D stilladser og forskellige materialer, for at give mulighed for komplekse former9,19. Metoden kan betragtes som et system til automatisk at vokse mønstre defineret af en bruger. Ved at udvide den mulige kompleksitet af mekaniske konfigurationer, bør brugerne står over for nogle begrænsninger på deres ønskede mønstre. For en sådan ansøgning, bør en bruger software værktøj bekræfte, at mønsteret er producible, og mechatronics bør derefter selv organisere produktionen af mønsteret ved at generere passende stimuli til at styre planterne. Softwaren bør også udvides til at omfatte genopretningsplaner og politikker, der afgør, hvordan man kan fortsætte med væksten, hvis den oprindelige planlagte mønster er delvist mislykkedes-for eksempel hvis den første aktiverede robot aldrig har opdaget en plante, men de hvilende dem har set, at positionen af de voksende spidser er uden for den aktiverede robot.

I den præsenterede metode, et eksempel plantearter, der opfylder kriterierne for udvælgelse af protokoller er klatring fælles bønne, P. vulgaris. Dette er de arter, der anvendes i de repræsentative resultater. Da P. vulgaris har stærk positiv Fototropisme til UV-A og blåt lys, vil fototropins (Light-receptor proteiner) i planten absorbere fotoner svarende til bølgelængder 340-500 nm. Når receptorerne udløses, vil første hævelse forekomme i stammen ved den præferentielle udflytning af vand til stammen væv modstå de udløste receptorer, forårsager en reversibel retningsbestemt respons. Derefter, inden stammen, auxin (plante mønster hormon) er rettet til den samme væv placering, foregivende den retningsbestemte respons og fastsættelse af stængel væv, som de stivere. Denne adfærd kan bruges til at forme planterne i disse kontrollerede indendørs forhold, da planterne kun udsættes for isoleret blåt lys og isoleret rødt lys, med hændelse langt rødt lys fra IR-nærhed sensorer på lavt nok niveauer, at det ikke forstyrrer med adfærd såsom skygge-undgåelse svar20,21. Den Fototropisme reaktion i planten reagerer i opsætningen til lys fra blå dioder med peak emission ƛmax = 465 Nm, og fotosyntese22,23 i planten understøttes af røde dioder med peak emission ƛmax = 650 nm. P. vulgaris vokser op til flere meter i højden er velegnet i den samlede opsætning, som den omkring 3 L kommercielle havearbejde jord behov per gryde passer til opsætningen skala.

Selvom den aktuelle opsætning fokuserer på lys som en tiltrækningskraft stimulus, kan yderligere stimuli være relevante for andre eksperimenttyper. Hvis det ønskede mønster kræver en adskillelse mellem forskellige grupper af planter (f. eks. har det ønskede mønsterbrug for to grupper af planter til at vælge modstående sider), så er det måske ikke muligt at bruge kun én type af stimulus. For sådanne komplekse vækstmønstre uafhængigt af stilladser form, kan de forskellige grupper af planter potentielt dyrkes i forskellige tidsperioder, således at deres respektive tiltrækning stimuli ikke blande sig, hvilket også ville tillade integration af forgrenings Begivenheder. Dette kan dog ikke altid være en passende løsning, og standard attraktive lys stimulus kan derefter blive forstærket ved at afvise påvirkninger såsom skygger, eller ved andre stimuli som langt-rødt lys eller vibrationer motorer9,14.

Den præsenterede metode og eksperimentet design er kun et indledende første skridt i retning af en sofistikeret metode til automatisk at påvirke retningsbestemt vækst af planter. Eksperimentet setup er grundlæggende ved at bestemme kun en sekvens af binære beslutninger i planterne, og vi fokuserer på en, let at styre stimulus. Yderligere undersøgelser vil være påkrævet for at bevise metodens statistiske signifikans, for at tilføje flere stimuli, og for at kontrollere andre processer såsom forgrening. Med tilstrækkelig udvikling til at garantere den langsigtede pålidelighed af robotterne, den præsenterede metode kan give mulighed for automatisering af plante forsøg over lange perioder, reducere overhead forbundet med studiet af plante udvikling stadier ud over at skud. Lignende metoder kan give mulighed for fremtidige undersøgelser af den under udforskede dynamik mellem biologiske organismer og autonome robotter, når de to fungerer som tæt koblede selvorganiserende bio-hybridsystemer.

Disclosures

Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Denne undersøgelse blev støttet af flora robotica-projektet, der modtog støtte fra eu's Horizon 2020-program for forskning og innovation under FET-tilskudsaftalen, nr. 640959. Forfatterne takker Anastasios Getsopulos og Ewald Neufeld for deres bidrag til maskinel montage og Tanja Katharina Kaiser for hendes bidrag til overvågning af plante eksperimenter.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D printed case Shapeways, Inc n/a Customized product, https://www.shapeways.com/
3D printed joints n/a n/a Produced by authors
Adafruit BME280 I2C or SPI Temperature Humidity Pressure Sensor Adafruit 2652
Arduino Uno Rev 3 Arduino A000066
CdS photoconductive cells Lida Optical & Electronic Co., Ltd GL5528
Cybertronica PCB Cybertronica Research n/a Customized product, http://www.cybertronica.de.com/download/D2_node_module_v01_appNote16.pdf
DC Brushless Blower Fan Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. UB5U3-700
Digital temperature sensor Maxim Integrated DS18B20
High Power (800 mA) EPILED - Far Red / Infra Red (740-745 nm) Future Eden Ltd. n/a
I2C Soil Moisture Sensor Catnip Electronics v2.7.5
IR-proximity sensors (4-30 cm) Sharp Electronics GP2Y0A41SK0
LED flashlight (50 W) Inter-Union Technohandel GmbH 103J50
LED Red Blue Hanging Light for Indoor Plant (45 W) Erligpowht B00S2DPYQM
Low-voltage submersible pump 600 l/h (6 m rise) Peter Barwig Wasserversorgung 444
Medium density fibreboard n/a n/a For stand
Micro-Spectrometer (Hamamatsu) on an Arduino-compatible breakout board Pure Engineering LLC C12666MA
Pixie - 3W Chainable Smart LED Pixel Adafruit 2741
Pots (3.5 l holding capacity, 15.5 cm in height) n/a n/a
Power supplies (5 V, 10 A) Adafruit 658
Raspberry Pi 3 Model B Raspberry Pi Foundation 3B
Raspberry Pi Camera Module V2 Raspberry Pi Foundation V2
Raspberry Pi Zero Raspberry Pi Foundation Zero
RGB Color Sensor with IR filter and White LED - TCS34725 Adafruit 1334
Sowing and herb soil Gardol n/a
String bean SPERLI GmbH 402308
Transparent acrylic 5 mm sheet n/a n/a For supplemental structural support
Wooden rods (birch wood), painted black, 5 mm diameter n/a n/a For plants to climb

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Åstrand, B., Baerveldt, A. J. An agricultural mobile robot with vision-based perception for mechanical weed control. Autonomous Robots. 13, (1), 21-35 (2002).
  2. Blackmore, B. S. A systems view of agricultural robots. Proceedings of 6th European conference on precision agriculture (ECPA). 23-31 (2007).
  3. Edan, Y., Han, S., Kondo, N. Automation in agriculture. Springer handbook of automation. Springer. Berlin, Heidelberg. 1095-1128 (2009).
  4. Van Henten, E. J., et al. An autonomous robot for harvesting cucumbers in greenhouses. Autonomous Robots. 13, (3), 241-258 (2002).
  5. Al-Beeshi, B., Al-Mesbah, B., Al-Dosari, S., El-Abd, M. iplant: The greenhouse robot. Proceedings of IEEE 28th Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE). 1489-1494 (2015).
  6. Giraldo, J. P., et al. Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing. Nature Materials. 13, (4), (2014).
  7. Mazarei, M., Teplova, I., Hajimorad, M. R., Stewart, C. N. Pathogen phytosensing: Plants to report plant pathogens. Sensors. 8, (4), 2628-2641 (2008).
  8. Zimmermann, M. R., Mithöfer, A., Will, T., Felle, H. H., Furch, A. C. Herbivore-triggered electrophysiological reactions: candidates for systemic signals in higher plants and the challenge of their identification. Plant Physiology. 01736 (2016).
  9. Hamann, H., et al. Flora robotica--An Architectural System Combining Living Natural Plants and Distributed Robots. arXiv preprint arXiv. 1709.04291 (2017).
  10. Arkin, R. C., Egerstedt, M. Temporal heterogeneity and the value of slowness in robotic systems. Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO). 1000-1005 (2015).
  11. Mahlein, A. K. Plant disease detection by imaging sensors-parallels and specific demands for precision agriculture and plant phenotyping). Plant Disease. 100, (2), 241-251 (2016).
  12. Wahby, M., et al. A robot to shape your natural plant: the machine learning approach to model and control bio-hybrid systems. Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO '18). ACM. New York, NY, USA. 165-172 (2018).
  13. Bastien, R., Douady, S., Moulia, B. A unified model of shoot tropism in plants: photo-, gravi-and propio-ception. PLoS Computational Biology. 11, (2), e1004037 (2015).
  14. Wahby, M., et al. Autonomously shaping natural climbing plants: a bio-hybrid approach. Royal Society Open Science. 5, (10), 180296 (2018).
  15. Liscum, E., et al. Phototropism: growing towards an understanding of plant movement. Plant Cell. 26, 38-55 (2014).
  16. Christie, J. M., Murphy, A. S. Shoot phototropism in higher plants: new light through old concepts. American Journal of Botany. 100, 35-46 (2013).
  17. Migliaccio, F., Tassone, P., Fortunati, A. Circumnutation as an autonomous root movement in plants. American Journal of Botany. 100, 4-13 (2013).
  18. Gianoli, E. The behavioural ecology of climbing plants. AoB Plants. 7, (2015).
  19. Vestartas, P., et al. Design Tools and Workflows for Braided Structures. Proceedings of Humanizing Digital Reality. Springer. Singapore. 671-681 (2018).
  20. Pierik, R., De Wit, M. Shade avoidance: phytochrome signalling and other aboveground neighbour detection cues. Journal of Experimental Botany. 65, (10), 2815-2824 (2014).
  21. Fraser, D. P., Hayes, S., Franklin, K. A. Photoreceptor crosstalk in shade avoidance. Current Opinion in Plant Biology. 33, 1-7 (2016).
  22. Hogewoning, S. W., et al. Photosynthetic Quantum Yield Dynamics: From Photosystems to Leaves. The Plant Cell. 24, (5), 1921-1935 (2012).
  23. McCree, K. J. The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agricultural Meteorology. 9, 191-216 (1971).
  24. Wahby, M., et al. Autonomously shaping natural climbing plants: a bio-hybrid approach [Dataset]. Available from: https://doi.org/10.5281/zenodo.1172160 (2018).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics