자율 시스템으로 식물의 지향성 성장을 조종하는 것은 이전에보고되지 않은 참신하고 독창적 인 개념입니다. 여기서 중요한 것은 실제로 실현 가능한 것이 무엇인지 알아보는 것입니다. 우리의 기술은 로봇 노드를 사용하여 식물을 원하는 모양과 형태로 성장시키는 최초의 자동화 된 방법으로 센서로 식물을 감지하고 그에 따라 자극을 전환합니다.
이 방법과 여기에 사용되는 로봇은 피드백이 바이오 하이브리드 시스템의 개발을 결정하는 동적으로 성장하는 구조와 함께 사용할 수 있습니다. 식물의 건강을 유지하고 교차로 지점에서 자신의 존재를 감지하는 것은 도전이다. 외부 광원이 실패 상태에서 광트로픽 응답을 트리거하지 않는지 확인합니다.
사용자 정의 성장 패턴을 성장시키기 위해 장시간 식물과 로봇 간의 협업을 보여주기 위해서는 시각적 데모가 필요합니다. 줄리안 프테졸드, 우리의 연구 그룹에서 졸업생, 실험 절차를 시연합니다. 실험을 시작하기 전에 성장 팁에서 자외선 A와 청색광을 향한 강력한 양성 광도주의를 표시하는 것으로 알려진 식물 종을 선택합니다.
우리는 위상 저속한 또는 일반적인 콩을 선택했는데, 이는 빠르게 성장하고 청색광을 향한 강한 방향 성장을 보여주기 때문입니다. 단일 보드 무선 로컬 영역 네트워크 지원 컴퓨터 주위에 각 로봇을 구성하고 사용자 정의 인쇄 회로 기판을 통해 센서와 액추에이터에 컴퓨터를 인터페이스합니다. 접근 플랜트에 대해 테스트중인 방향당 청색광 요구 사항을 제공하기에 충분한 발광 다이오드를 포함하여 플랜트접근을 위해 테스트중인 방향당 적외선 근접 센서 1개를 포함합니다.
로봇 간의 로컬 신호를 가능하게 하고 주변 로봇의 각 방향에 대한 포토 레지스탕터를 포함하여 발광 상태를 모니터링하는 하드웨어를 포함합니다. 선택한 블루 다이오드의 조건과 알루미늄 방열판, 각 로봇의 케이스 인클로저 및 팬의 통풍구를 사용하여 활용된 로봇 인클로저의 조건에 따라 열을 방출하는 하드웨어를 포함합니다. 로봇 성분의 방향이 균일하게 서비스되는 것을 확인한 후, 블루 다이오드를 배치하여 식물이 로봇의 경우 각 다이오드에 접근하여 각 다이오드를 지향할 수 있는 각 방향에 상응하는 광 강도를 분배하여 렌즈 각도의 중심축이 기계식 지지의 각 축의 60도 이내입니다.
적외선 근접 센서는 각 센서의 시야각이 지지축과 평행하도록 각 센서를 지향하여 서비스되는 로봇과 기계식 지지대 사이의 부착점의 1센티미터 이내의 각각의 접근 성장 방향에 대해 동등하게 배치합니다. 다음으로, 125~180센티미터의 투명 아크릴 시트를 125센티미터 너비의 스탠드에 부착하여 설치를 똑바로 세울 수 있습니다. 로봇을 로봇을 이중적으로 제자리에 고정하고 식물이 식물의 평균 성장 궤적을 제한하는 등반 발판 역할을 하는 모듈식 기계 식 지원 세트에 통합합니다.
각 로봇에 식물이 로봇에 접근하거나 출발할 수 있는 각 방향에 대해 하나의 부착점을 포함하여 특정 기계적 지지대를 고정하는 부착 점을 포함한다. 아크릴 시트에 대해 스탠드에 적절한 토양을 가진 냄비를 배치하고 로봇 케이스의 소켓에 이전에 배치 된 지지대의 끝을 삽입 아크릴 시트에 두 로봇을 부착합니다. 그런 다음 남은 로봇을 부착하고 각 로봇 행이 이전 행보다 35센티미터 이고 각 로봇이 두 줄 아래에 있는 로봇 또는 Y 조인트 바로 위에 수평으로 위치하도록 대각선 으로 그릿 패턴에 지원하여 패턴을 반복합니다.
기계식 지지대는 45도의 경사각도로 균일하게 대각선또는 지지당 최소 30cm의 균일한 지지 길이로 가파른 정기적으로 그릿 패턴으로 배열되어야 합니다. 바람직한 노출 길이는 식물 분리의 통계적으로 극단적인 경우에 대한 일부 버퍼를 허용하기 위해 적어도 40센티미터여야 한다. 로봇 소프트웨어에서 로봇이 청색광을 방출하고 로봇이 빛을 방출하거나 적색광을 방출하는 휴면 상태를 설정하는 자극 상태를 설정합니다.
실험용 설정을 제어된 환경 조건 하에서 배치하고 로봇 외부의 발광 다이오드 성장 램프를 사용하여 식물 광합성을 유지하고 실험용 설정에 직면합니다. 발아 후, 각 식물에 실험 용 설치의 기지에 자체 냄비를 제공하고 필요에 따라 히터, 에어컨, 가습기 및 디 가습기를 사용하여 선택한 종에 적합한 공기 온도 및 습도 수준을 조절하고 온도 압력 습도 센서를 사용하여 이러한 수준을 모니터링합니다. 여러 후속 자극 조건이 있는 공장 의 성장을 테스트하기 위해 로봇에게 성장해야 할 패턴의 글로벌 지도를 제공하고 전체 실험 설정을 포괄하는 하나 이상의 카메라 뷰로 두 개 이상의 유리한 지점에 위치한 카메라를 사용하여 실험의 시간 경과 비디오를 지속적으로 캡처합니다.
캡처된 이미지가 일반적으로 너비가 몇 밀리미터에 불과한 식물 성장 팁의 움직임을 적절하게 캡처할 수 있을 만큼 충분히 높은 해상도를 유지합니다. 그런 다음 적절한 실험 성장 기간 동안 기계적 지지대를 따라 식물 부착 이벤트 및 성장 패턴을 관찰한다. 청색광이 없는 조건에서, 긍정적인 광트로피즘은 트리거되지 않으며 식물은 중력주의를 따라가면서 편견없는 상향 성장을 나타낸다.
식물은 또한 일반적으로 둘레를 표시. 이러한 조건에서 예상대로, 식물은 휴면 로봇으로 이어지는 기계적 지원을 찾지 못하고 더 이상 자신의 무게를 지원할 수 없을 때 붕괴됩니다. 적어도 두 개의 식물이 붕괴할 때 실험을 중단해야 합니다.
이 대표적인 단일 결정 실험에서 자극 로봇은 식물을 올바른 지원쪽으로 성공적으로 조종했습니다. 이 대표적인 다중 결정 실험에서 식물은 미리 정의된 지그재그 패턴이 완전히 성장할 때까지 식물 성장을 감지하고 자극하기 위해 휴면 및 자극 로봇을 사용하여 미리 정의된 지그재그 패턴으로 성장했습니다. 이러한 종류의 바이오 하이브리드 시스템을 연구하는 것은 건축, 생물학 및 엔지니어링에서 살아있는 적응 구조를 개발하고 건축 구성 요소를 성장시키는 새로운 기술로 가는 길을 열어줍니다.
