自律システムを使用して植物の方向性成長を推進することは、これまで報告されなかった斬新で独創的な概念です。私たちにとって重要なのは、実際に実現可能なものを見つけることです。私たちの技術は、ロボットノードを使用して植物を所望の形に成長させ、センサーで植物を検出し、それに応じて刺激を切り替える最初の自動化された方法です。
この方法とここで使用されるロボットは、フィードバックがバイオハイブリッドシステムの開発を決定する動的に成長する構造で採用することができます。植物の健康を維持し、交差点での存在を検出することは困難です。外部光源が障害状態で光光度応答をトリガーしていないことを確認します。
ユーザー定義の成長パターンを成長させるためには、長期間にわたるプラントとロボットのコラボレーションを示すために、視覚的なデモンストレーションが必要です。私たちの研究グループの卒業生であるジュリアン・プテゾルドが実験手順をデモンストレーションします。実験を始める前に、成長する先端に紫外線Aと青色光に対して強い陽性光刺激を示すことを知られている植物種を選択してください。
彼らは急速に成長し、青色光に向かって強い方向成長を示すので、私たちは、Phaseolus下品または一般的な豆を選択しました。単一ボードのワイヤレスローカルエリアネットワーク対応コンピュータの周りに各ロボットを構成し、カスタムプリント基板を介してコンピュータをセンサーおよびアクチュエータに接続します。1方向あたり1つの赤外線近接センサーを含め、植物に接近するためのテスト対象の1方向に対して、青色光要件を1方向に供給するのに十分な発光ダイオードを含むプラントに接近します。
ロボット間のローカルキューを可能にし、隣接するロボットの各方向のフォト抵抗器を含めて、その光の発光状態を監視するハードウェアを含めます。選択した青色ダイオードの条件に応じて熱を放散するハードウェアと、各ロボットのケースエンクロージャの通気孔とファンの組み合わせを使用して、使用されるロボットエンクロージャを含めます。ロボットコンポーネントの方向が均一に処理されていることを確認した後、青色のダイオードを配置して、植物が接近し得る各方向に同等の光強度を分布させ、そのレンズ角の中心軸が機械的サポートの各軸から60度以内になるようにロボットケース内の各ダイオードの向きを与えます。
赤外線近接センサーは、ロボットと、各センサーの視線角が支持軸に平行になるように、各センサを配向させてサービスを受けている機械的サポートとの間の接続点から 1 センチメートル以内のそれぞれの成長方向に対して、同等に配置します。次に、125%180センチメートルの透明アクリルを、セットアップを直立した位置に保持することができる幅125センチメートルのスタンドに貼り付ける。ロボットを二重に位置に保持し、植物の平均成長軌道を制限するために植物のクライミング足場として機能するモジュラーメカニカルサポートのセットにロボットを統合します。
各ロボットには、特定の機械支持を固定するためのアタッチメントポイントを含め、プラントがロボットに接近または出発する各方向に対して1つのアタッチメントポイントを含みます。スタンドに適切な土を置き、アクリルシートに対してポットを配置し、以前に配置された支持体の端を挿入するアクリルシートに2台のロボットを取り付けます。次に、残りのロボットを貼り付け、ロボットの各列が前の行の35センチメートル上にあり、各ロボットが2列下にあるロボットまたはYジョイントの真上に水平に配置されるように、斜めグリットパターンに取り付けるパターンを繰り返します。
機械サポートは、45度の傾斜角または支持ごとに最低30センチメートルの均一な支持長を有する傾斜の角度を有する規則的にグリットパターンで配置されるべきである。好ましい露出長は、植物の剥離の統計的に極端なケースのいくつかのバッファを可能にするために少なくとも40センチメートルでなければなりません。ロボットソフトウェアでは、ロボットが青色光を発する刺激状態と、ロボットが光を発しないか、赤色の光を発する休眠状態を確立します。
実験環境下に設置し、ロボットの外部で、実験セットアップに向けて発光ダイオード成長ランプを使用して植物の光合成を維持します。発芽後、実験用設定のベースに各プラント独自のポットを提供し、必要に応じてヒーター、エアコン、加湿器、および除加湿器を使用して、選択した種に適した温度と湿度レベルを調整し、温度圧力湿度センサーを使用してこれらのレベルを監視します。複数の後続の刺激条件の存在下で植物の成長をテストするには、成長させるパターンのグローバルマップをロボットに提供し、完全な実験設定を包含する少なくとも1つのカメラビューを備えた2つ以上の見晴らしの良い場所に配置されたカメラを使用して実験のタイムラプスビデオを継続的にキャプチャします。
キャプチャした画像が、通常は数ミリメートルの幅に過ぎない植物の成長のヒントの動きを適切にキャプチャするのに十分な解像度であることを確認します。次に、適切な実験成長期間にわたって、機械的サポートに沿った植物の付着事象と成長パターンを観察します。青色光を欠く条件下では、正の光刺激は引き起こされず、植物は重力症に従うにつれて偏りのない上向きの成長を示す。
植物はまた、典型的には周回を表示します。これらの条件下で予想されるように、植物は休眠ロボットにつながる機械的な支持を見つけることができず、もはや自分の体重を支えることができないときに崩壊します。少なくとも2つの植物が崩壊したときに実験を停止する必要があります。
この代表的な単一決定実験では、刺激ロボットが植物を正しい支持に向けてうまく操縦しました。この代表的な複数決定実験では、植物は、事前定義されたジグザグパターンが完全に成長するまで、それぞれ植物の成長を感知し、刺激するために休眠ロボットと刺激ロボットを使用して事前定義されたジグザグパターンに成長しました。この種のバイオハイブリッドシステムを研究することは、建築、生物学、工学からの新しい技術に道を開き、生きている適応構造を開発し、建物の構成要素を成長させます。
