Управление направленного роста растений с автономной системой является новой и оригинальной концепции, которая не сообщалось ранее. Ключевым моментом для нас является выяснить, что на самом деле возможно. Наша методика является первым автоматизированным методом выращивания растений в желаемые формы и формы с использованием роботизированных узлов для обнаружения растений с их датчиками и для переключения стимулов соответственно.
Этот метод и роботы, используемые здесь, могут быть использованы с динамически растущими структурами, где обратная связь определяет развитие биогибридной системы. Поддержание здоровья растений и обнаружение их присутствия на перекрестках является сложной задачей. Убедитесь, что внешние источники света не вызывают фототропные реакции в состоянии сбоя.
Визуальная демонстрация необходима, чтобы показать сотрудничество между растениями и роботами в течение длительных периодов времени для роста пользовательских моделей роста. Джулиан Птезольд, аспирант нашей исследовательской группы, продемонстрирует процедуру эксперимента. Перед началом эксперимента выберите вид растений, который, как известно, демонстрирует сильный положительный фототропизм по отношению к ультрафиолетовому А и синему свету в растущих советах.
Мы выбрали Phaseolus vulgaris или общие бобы, потому что они растут быстро и показывают сильный направленный рост к синему свету. Составьте каждого робота вокруг одной доски беспроводной локальной сети с поддержкой компьютера и интерфейс компьютера к датчикам и приводам с помощью пользовательских печатных плат. Включите один инфракрасный датчик близости в направлении, тестируются для приближающихся растений, включая достаточно светоизлучающих диодов для доставки синего света требования в направлении, тестируются для приближающихся растений.
Включите оборудование, которое позволяет локальные сигналы между роботами и включают photoresistor для каждого направления соседнего робота, чтобы контролировать их состояние излучания света. Включите оборудование для рассеивания тепла, как того требуют условия выбранных синих диодов и использованного корпуса робота, используя комбинацию алюминиевых теплооттонов, вентиляционных отверстий в корпусе каждого робота и вентиляторов. После подтверждения того, что направление компонента робота равномерно поддерживается, распоить синие диоды, чтобы распределить эквивалентную интенсивность света по каждому из направлений, из которых растения могут приближаться и ориентировать каждый диод в корпусе робота таким образом, чтобы центральная ось его угла объектива была в пределах 60 градусов от каждой оси механической поддержки, которую он поддерживает.
Расположения инфракрасных датчиков близости эквивалентно для их соответствующих приближающихся направлений роста в пределах одного сантиметра от точки крепления между роботом и механической поддержкой, обусматриваемой, ориентируя каждый датчик таким образом, чтобы его угол обзора был параллельны оси поддержки. Далее, прикрепить 125 на 180 сантиметров лист прозрачного акрила на 125 сантиметров в ширину стенд, который способен держать установку в вертикальном положении. Интегрируйте роботов в набор модульных механических опор, которые два раза держат роботов в положении и служат альпинистские леса для растений, чтобы ограничить средние траектории роста растений.
На каждом роботе, включите точки крепления для якоря конкретных механических опор, включая одну точку крепления для каждого направления, с помощью которого завод может подойти или отойти от робота. Располагайте горшки с соответствующей почвой на подставке против акрилового листа и прикрепляйте двух роботов к акриловому листу, весповыв концы ранее размещенных опор в розетки в корпусе робота. Затем повторите шаблон, чтобы прикрепить оставшихся роботов и поддержать в диагонально стиснутый узор таким образом, что каждый ряд роботов на 35 сантиметров выше предыдущего ряда и что каждый робот горизонтально расположен прямо над роботом или Y сустава, который составляет два ряда ниже.
Механические опоры должны быть расположены в регулярно стиснутый узор, который равномерно диагонали с углом наклона на 45 градусов или круче с равномерной длины поддержки минимум 30 сантиметров на поддержку. Предпочтительная длина обитаемой должна быть не менее 40 сантиметров, чтобы позволить некоторый буфер для статистически экстремальных случаев отслоения растений. В программном обеспечении робота, установить состояние стимула, во время которого робот излучает синий свет и спящее состояние, в течение которого робот либо излучает нет света или излучает красный свет.
Поместите экспериментальную установку в контролируемых условиях окружающей среды и поддерживать фотосинтез растений с использованием светоизлучающих диодных ламп роста внешних роботов и перед экспериментальной установки. После прорастания, обеспечить каждое растение свой собственный горшок на базе экспериментальной установки и регулировать температуру воздуха и уровень влажности, как это уместно для отдельных видов с использованием обогревателей, кондиционеров, увлажнителей и увлажнителей по мере необходимости и мониторинга этих уровней с помощью датчика влажности температурного давления. Чтобы проверить рост растений в присутствии нескольких последующих условий стимулов, предоставить роботам глобальную карту шаблона, который будет расти и непрерывно захватывать timelapsed видео экспериментов с помощью камер, расположенных в двух или более точек зрения, по крайней мере один вид камеры, охватывающих полную экспериментальную установку.
Убедитесь, что захваченные изображения имеют достаточно высокое разрешение, чтобы адекватно запечатлеть движения кончиков растений, которые, как правило, всего лишь несколько миллиметров в ширину. Затем наблюдайте за событиями крепления растений и моделью роста вдоль механических опор в течение соответствующего экспериментального периода роста. В условиях отсутствия синего света, положительный фототропизм не срабатывает, и растения демонстрируют непредвзятый рост вверх, поскольку они следуют гравитропизму.
Растения также отображаются обычно окружности. Как и ожидалось в этих условиях, растения не могут найти механическую поддержку, ведущую к спящим роботам и краху, когда они больше не могут поддерживать свой собственный вес. Эксперимент должен быть остановлен, когда по крайней мере два растения рухнут.
В этом репрезентативном эксперименте с одним решением роботы-стимулы успешно направили растения к правильной поддержке. В этом репрезентативном эксперименте с несколькими решениями растения превратились в заранее определенный зигзагообразный узор с использованием спящих и стимулирующих роботов, чтобы почувствовать и стимулировать рост растений соответственно до тех пор, пока заранее определенный зигзагообразный узор не был полностью выращен. Изучение такого рода биогибридной системы прокладывает путь к новым методам архитектуры, биологии и инженерии для разработки живых адаптивных структур и выращивания строительных компонентов.
