Name: robotic sensing and stimuli provision for guided plant growth
Uploaded: 2019-07-01T15:00:00
Duration: 8 min 2 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Robotic Sensing and Stimuli Provision for Guided Plant Growth at JoVE.com

وقد دعمت هذه الدراسة من قبل مشروع فلورا روبوتا التي تلقت التمويل من برنامج الاتحاد الأوروبي أفق 2020 للبحث والابتكار بموجب اتفاقية منحة FET، رقم 640959. ويشكر المؤلفان أناستاسيوس غيتسوبولس وإيوالد نيوفيلد على مساهمتهما في تجميع الأجهزة، وتانيا كاثرينا كايزر على مساهمتها في رصد التجارب النباتية.

<ol>
	<li>&#197;strand, B., Baerveldt, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+agricultural+mobile+robot+with+vision-based+perception+for+mechanical+weed+control.">An agricultural mobile robot with vision-based perception for mechanical weed control.</a> Autonomous Robots. 13 (1), 21-35 (2002).</li><li>Blackmore, B. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systems+view+of+agricultural+robots.">A systems view of agricultural robots.</a> Proceedings of 6th European conference on precision agriculture (ECPA). , 23-31 (2007).</li><li>Edan, Y., Han, S., Kondo, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automation+in+agriculture.">Automation in agriculture.</a> Springer handbook of automation. , 1095-1128 (2009).</li><li>Van Henten, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+autonomous+robot+for+harvesting+cucumbers+in+greenhouses.">An autonomous robot for harvesting cucumbers in greenhouses.</a> Autonomous Robots. 13 (3), 241-258 (2002).</li><li>Al-Beeshi, B., Al-Mesbah, B., Al-Dosari, S., El-Abd, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=iplant:+The+greenhouse+robot.">iplant: The greenhouse robot.</a> Proceedings of IEEE 28th Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE). , 1489-1494 (2015).</li><li>Giraldo, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+nanobionics+approach+to+augment+photosynthesis+and+biochemical+sensing.">Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing.</a> Nature Materials. 13 (4), (2014).</li><li>Mazarei, M., Teplova, I., Hajimorad, M. R., Stewart, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathogen+phytosensing:+Plants+to+report+plant+pathogens.">Pathogen phytosensing: Plants to report plant pathogens.</a> Sensors. 8 (4), 2628-2641 (2008).</li><li>Zimmermann, M. R., Mith&#246;fer, A., Will, T., Felle, H. H., Furch, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Herbivore-triggered+electrophysiological+reactions:+candidates+for+systemic+signals+in+higher+plants+and+the+challenge+of+their+identification.">Herbivore-triggered electrophysiological reactions: candidates for systemic signals in higher plants and the challenge of their identification.</a> Plant Physiology. , 01736 (2016).</li><li>Hamann, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flora robotica--An Architectural System Combining Living Natural Plants and Distributed Robots. , (2017).</li><li>Arkin, R. C., Egerstedt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+heterogeneity+and+the+value+of+slowness+in+robotic+systems.">Temporal heterogeneity and the value of slowness in robotic systems.</a> Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO). , 1000-1005 (2015).</li><li>Mahlein, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+disease+detection+by+imaging+sensors-parallels+and+specific+demands+for+precision+agriculture+and+plant+phenotyping).">Plant disease detection by imaging sensors-parallels and specific demands for precision agriculture and plant phenotyping).</a> Plant Disease. 100 (2), 241-251 (2016).</li><li>Wahby, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+robot+to+shape+your+natural+plant:+the+machine+learning+approach+to+model+and+control+bio-hybrid+systems.">A robot to shape your natural plant: the machine learning approach to model and control bio-hybrid systems.</a> Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO &#39;18). , 165-172 (2018).</li><li>Bastien, R., Douady, S., Moulia, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+unified+model+of+shoot+tropism+in+plants:+photo-,+gravi-and+propio-ception.">A unified model of shoot tropism in plants: photo-, gravi-and propio-ception.</a> PLoS Computational Biology. 11 (2), e1004037 (2015).</li><li>Wahby, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autonomously+shaping+natural+climbing+plants:+a+bio-hybrid+approach.">Autonomously shaping natural climbing plants: a bio-hybrid approach.</a> Royal Society Open Science. 5 (10), 180296 (2018).</li><li>Liscum, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phototropism:+growing+towards+an+understanding+of+plant+movement.">Phototropism: growing towards an understanding of plant movement.</a> Plant Cell. 26, 38-55 (2014).</li><li>Christie, J. M., Murphy, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shoot+phototropism+in+higher+plants:+new+light+through+old+concepts.">Shoot phototropism in higher plants: new light through old concepts.</a> American Journal of Botany. 100, 35-46 (2013).</li><li>Migliaccio, F., Tassone, P., Fortunati, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circumnutation+as+an+autonomous+root+movement+in+plants.">Circumnutation as an autonomous root movement in plants.</a> American Journal of Botany. 100, 4-13 (2013).</li><li>Gianoli, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+behavioural+ecology+of+climbing+plants.">The behavioural ecology of climbing plants.</a> AoB Plants. 7, (2015).</li><li>Vestartas, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+Tools+and+Workflows+for+Braided+Structures.">Design Tools and Workflows for Braided Structures.</a> Proceedings of Humanizing Digital Reality. , 671-681 (2018).</li><li>Pierik, R., De Wit, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shade+avoidance:+phytochrome+signalling+and+other+aboveground+neighbour+detection+cues.">Shade avoidance: phytochrome signalling and other aboveground neighbour detection cues.</a> Journal of Experimental Botany. 65 (10), 2815-2824 (2014).</li><li>Fraser, D. P., Hayes, S., Franklin, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoreceptor+crosstalk+in+shade+avoidance.">Photoreceptor crosstalk in shade avoidance.</a> Current Opinion in Plant Biology. 33, 1-7 (2016).</li><li>Hogewoning, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosynthetic+Quantum+Yield+Dynamics:+From+Photosystems+to+Leaves.">Photosynthetic Quantum Yield Dynamics: From Photosystems to Leaves.</a> The Plant Cell. 24 (5), 1921-1935 (2012).</li><li>McCree, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+action+spectrum,+absorptance+and+quantum+yield+of+photosynthesis+in+crop+plants.">The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants.</a> Agricultural Meteorology. 9, 191-216 (1971).</li><li>. Autonomously shaping natural climbing plants: a bio-hybrid approach [Dataset] Available from: <a target="_blank" href="https://doi.org/10.5281/zenodo.1172160">https://doi.org/10.5281/zenodo.1172160</a> (2018)</li></ol>

ويعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.

وتبين المنهجية المقدمة الخطوات الأولية نحو أتمتة توجيه نمو النبات القائم على المحفزات، لتوليد أنماط محددة. وهذا يتطلب الحفاظ على صحة النبات باستمرار مع الجمع في إعداد تجربة واحدة عوالم متميزة من استجابات النمو البيوكيميائية وهندسة وظائف الميكاترونيك الاستشعار، والاتصالات، وتوليد للرقابة من المحفزات. كما تركيزنا هنا على تسلق النباتات، والدعم الميكانيكي هو أيضا جزءا لا يتجزأ. إن الحد من الإعداد الحالي هو حجمه، ولكننا نعتقد أن منهجيتنا تتدرج بسهولة. يمكن تمديد السقالة الميكانيكية لإعدادات أكبر وبالتالي فترات أطول من النمو، والذي يسمح أيضا تكوينات وأنماط موسعة. هنا يقتصر الإعداد على بعدين وقرارات ثنائية من اليمين الأيسر، حيث يقتصر النمو على شبكة من الدعائم الميكانيكية عند 45 درجة ميل، وتقتصر مواقف قرار المصنع على عمليات التشبيك في تلك الشبكة. قد تشمل ملحقات الميكانيكية سقالة 3D والمواد المختلفة، للسماح للأشكال المعقدة9،19. يمكن اعتبار المنهجية نظامًا لزراعة الأنماط التي يحددها المستخدم تلقائيًا. من خلال توسيع التعقيد المحتمل للتكوينات الميكانيكية، يجب أن يواجه المستخدمون قيودا قليلة على أنماطهم المرغوبة. وبالنسبة لهذا التطبيق، ينبغي أن تؤكد أداة برمجيات المستعمل ينبغي أن تكون هذه الأداة قابلة للإنتاج، وينبغي للميكاترونيكس أن تنظم ذاتياً إنتاج النمط عن طريق توليد محفزات مناسبة لتوجيه المصانع. وينبغي أيضا توسيع البرنامج لتشمل خطط الانتعاش والسياسات التي تحدد كيفية مواصلة النمو إذا كان النمط الأصلي المخطط قد فشلت جزئيا على سبيل المثال إذا كان الروبوت المنشط الأول لم يكتشف مصنعا ولكن تلك الخاملة لديها ينظر إلى أن موقف من النصائح المتنامية هي وراء الروبوت المنشط.
في ال يقدّم منهجيّة, مثال نباتيّة نوع يلتقي البروتوكول إنتقاء معايير ال يصعد فول عاديّة, [ب.]. [فولووو][س.]. هذا هو النوع المستخدم في النتائج التمثيلية. كما P. الشائعق لديه الفوتوتروبيسم إيجابية قوية للأشعة فوق البنفسجية-A والضوء الأزرق, سوف فوتوتروبينس (بروتينات مستقبلات الضوء) في النبات امتصاص الفوتونات المقابلة للأطوال الموجية 340-500 نانومتر. عندما يتم تشغيل المستقبلات، سوف يحدث تورم الأول في الجذعية عن طريق نقل تفضيلية من المياه إلى الأنسجة الجذعية معارضة مستقبلات أثار، مما تسبب في استجابة الاتجاه عكسها. ثم، داخل الجذعية، يتم توجيه أوكسين (هرمون النقوش النباتية) إلى نفس موقع الأنسجة، وإدامة الاستجابة الاتجاهية وتحديد الأنسجة الجذعية لأنها تصلب. يمكن استخدام هذا السلوك لتشكيل النباتات في هذه الظروف الداخلية الخاضعة للرقابة، حيث تتعرض النباتات فقط للضوء الأزرق المعزول والضوء الأحمر المعزول، مع وقوع ضوء أحمر بعيد من أجهزة استشعار القرب من الأشعة تحت الحمراء عند مستويات منخفضة بما فيه الكفاية بحيث لا يتدخل مع السلوكيات مثل الظل تجنب الاستجابة20,21. رد فعل الفوتوتروبيسم في المصنع يستجيب في الإعداد للضوء من الثنائيات الزرقاء مع ذروة الانبعاثات + max = 465 نانومتر، والتمثيل الضوئي22،23 في المصنع معتمد من قبل الثنائيات الحمراء مع ذروة الانبعاثات + max = 650 نانومتر. P. الشائعق تنمو حتى عدة أمتار في الارتفاع هو مناسبة في الإعداد العام, كما تقريبا 3 L من التربة البستنة التجارية اللازمة في وعاء يناسب مقياس الإعداد.
على الرغم من أن الإعداد الحالي يركز على الضوء كحافز جذب، قد تكون المحفزات الإضافية ذات صلة لأنواع التجارب الأخرى. إذا كان النمط المطلوب يتطلب فصل بين مجموعات مختلفة من النباتات (على سبيل المثال، النمط المطلوب يحتاج إلى مجموعتين من النباتات لاختيار الجانبين المتقابلين)، ثم قد لا يكون ممكنا باستخدام نوع واحد فقط من التحفيز. لمثل هذه الأنماط النمو المعقدة مستقلة عن شكل سقالة، يمكن أن تنمو مجموعات مختلفة من النباتات في فترات زمنية مختلفة بحيث المحفزات الجذب الخاصة بهم لا تتدخل، والتي من شأنها أن تسمح أيضا التكامل من المتفرعة الاحداث. ومع ذلك، قد لا يكون هذا دائما حلا مناسبا، ويمكن بعد ذلك تحفيز الضوء جذابة القياسية يمكن أن تزيد من خلال صد التأثيرات مثل المظللة، أو من قبل غيرها من المحفزات مثل الضوء الأحمر البعيد أو المحركات الاهتزاز9،14.
إن الطريقة المقدمة وتصميم التجربة ليسا سوى خطوة أولى أولية نحو منهجية متطورة للتأثير تلقائياً على نمو المصانع في الاتجاه. إعداد التجربة هو أساسي من خلال تحديد فقط سلسلة من القرارات الثنائية في النباتات ونحن نركز على واحد، من السهل إدارة التحفيز. وسيلزم إجراء دراسات إضافية لإثبات الأهمية الإحصائية للأسلوب، وإضافة المزيد من المحفزات، والسيطرة على عمليات أخرى مثل التفرع. مع التطوير الكافي لضمان موثوقية الروبوتات على المدى الطويل، يمكن أن تسمح المنهجية المقدمة بأتمتة تجارب المصانع على مدى فترات زمنية طويلة، مما يقلل من النفقات العامة المرتبطة بدراسة مراحل تطوير النبات ما وراء ذلك من يطلق النار. ويمكن أن تسمح أساليب مماثلة بإجراء تحقيقات في المستقبل في الديناميات التي لم يتم استكشافها بالقدر الكافي بين الكائنات البيولوجية والروبوتات المستقلة، عندما يعمل الاثنان كنظم ذاتية التنظيم ذاتية التنظيم مقرونة بإحكام.

متوافقمع انتشار متزايد للأتمتة في التصنيع والإنتاج، يتم استخدام الروبوتات لزرع، علاج، وحصاد النباتات1،2،3،4،5. نحن نستخدم تكنولوجيا الروبوت لأتمتة التجارب النباتية بطريقة غير الغازية، بهدف توجيه النمو من خلال الاستجابات الاتجاهية للمحفزات. وقد شملت ممارسات البستنة التقليدية تشكيل اليدوي للأشجار والشجيرات عن طريق ضبط النفس والقطع الميكانيكية. نحن نقدم منهجية يمكن تطبيقها على سبيل المثال على هذه المهمة تشكيل، من خلال توجيه أنماط النمو مع المحفزات. منهجيتنا المقدمة هي أيضا خطوة نحو التجارب الآلية للمصنع، وهنا مع التركيز بشكل خاص على توفير المحفزات الخفيفة. وبمجرد أن تصبح التكنولوجيا قوية وموثوقبها، فإن هذا النهج لديه القدرة على خفض التكاليف في تجارب النباتات والسماح بإجراء تجارب آلية جديدة كان من غير الممكن لولا ذلك أن تكون غير مجدية بسبب النفقات العامة في الوقت والعمل اليدوي. العناصر الروبوتية قابلة للبرمجة بحرية وتعمل بشكل مستقل كما أنها مجهزة أجهزة الاستشعار، والمركبات لتوفير المحفزات، والمعالجات الدقيقة. وبينما نركز هنا على الاستشعار عن قرب (أي قياس المسافات من مسافة قريبة) والمحفزات الخفيفة، فإن هناك خيارات أخرى كثيرة ممكنة. على سبيل المثال، يمكن استخدام أجهزة الاستشعار لتحليللون النبات، لرصد النشاط الكيميائي الحيوي 6، أو للفيوينوين7 النهج لرصد الظروف البيئية على سبيل المثال من خلال علم وظائف الأعضاء الكهربائية النباتية8. وبالمثل، قد توفر خيارات المحركات أنواعأخرى من المحفزات 9، من خلال محركات الاهتزاز، أجهزة الرش، سخانات، مراوح، أجهزة المظللة، أو المتلاعبين للاتصال الجسدي الموجه. ويمكن تنفيذ استراتيجيات إضافية للتشغيل لتوفير حركة بطيئة للروبوتات (أي "البوتات البطيئة"10)،بحيث يمكن أن تغير تدريجيا الموقف والاتجاه الذي توفر منه المحفزات. وعلاوة على ذلك، كما تم تجهيز الروبوتات مع أجهزة الكمبيوتر مجلس واحد، فإنها يمكن تشغيل عمليات أكثر تطورا مثل رؤية للمصنع phenotyping11 أو وحدات تحكم الشبكة العصبية الاصطناعية للتحفيز12. كما تركز البحوث علوم النبات في كثير من الأحيان على النمو المبكر (أي، في يطلق النار)13، المجال كله من استخدام أنظمة الروبوت المستقلة للتأثير على النباتات على مدى فترات أطول يبدو ناقص الاستكشاف، وقد توفر العديد من الفرص في المستقبل. وبالذهاب إلى أبعد من ذلك خطوة واحدة، يمكن النظر إلى العناصر الروبوتية على أنها أشياء من البحث نفسها، مما يسمح بدراسة الديناميات المعقدة للنظم الحيوية الهجينة التي تشكلها الروبوتات والنباتات التي تتفاعل بشكل وثيق. الروبوتات تفرض بشكل انتقائي المحفزات على النباتات، والنباتات تتفاعل وفقا لسلوكهم التكيفي وتغيير نمط نموها، والتي يتم الكشف عنها في وقت لاحق من قبل الروبوتات عن طريق أجهزة الاستشعار الخاصة بهم. نهجنا يغلق حلقة ردود الفعل السلوكية بين النباتات والروبوتات ويخلق حلقة التحكم homeostatic.
في تجاربنا لاختبار وظيفة نظام الروبوت، ونحن حصرا استخدام تسلق الفول المشترك، Phaseolus الشائعق. في هذا الإعداد، ونحن نستخدم تسلق النباتات، مع الدعائم الميكانيكية في سقالة شبكية من ارتفاع عام 180 سم، بحيث تتأثر النباتات من قبل thigmotropism ولديها مجموعة محدودة من اتجاهات النمو للاختيار من بينها. وبالنظر إلى أننا نريد لتشكيل النبات كله على مدى فترة من الأسابيع، ونحن نستخدم المحفزات الضوء الأزرق للتأثير على المنظار الضوئي للنبات، على مدى فترات النمو المختلفة بما في ذلك يطلق النار الشباب وتصلب الجذعية في وقت لاحق. نجري التجارب في ظروف الضوء المحيط التي تسيطر عليها بشكل كامل حيث بخلاف المحفزات الضوء الأزرق نحن نقدم الضوء الأحمر حصرا، مع ذروة الانبعاثات في الطول الموجي 650 نانومتر. عندما تصل إلى التشبيك في شبكة الدعم الميكانيكية، فإنها تتخذ قرارا ثنائيا ما إذا كان لتنمو اليسار أو اليمين. يتم وضع الروبوتات في هذه الفواصل الميكانيكية، مفصولة مسافات 40 سم. أنها تنشيط بشكل مستقل وتعطيل انبعاث الضوء الأزرق، مع ذروة الانبعاثات في الطول الموجي 465 نانومتر، وفقا لخريطة محددة مسبقا من نمط النمو المطلوب (في هذه الحالة، نمط متعرج). وبهذه الطريقة، يتم توجيه النباتات من البيفوركاتيون إلى التشبيك في تسلسل محدد. يتم تنشيط روبوت واحد فقط في وقت معين ، خلالها تنبعث منه الضوء الأزرق بينما رصد نمو النبات بشكل مستقل على الدعم الميكانيكي تحته. بمجرد أن يكتشف طرف متزايد باستخدام أجهزة استشعار القرب الأشعة تحت الحمراء، فإنه يتوقف عن انبعاث الضوء الأزرق ويتصل الروبوتات المجاورة لها عن طريق الراديو. الروبوت الذي يحدد نفسه ليكون الهدف التالي في تسلسل ثم ينشط في وقت لاحق، وجذب نمو النبات نحو التشبيك الميكانيكية الجديدة.
كما يتضمن نهجنا على حد سواء الآليات الهندسية والطبيعية، وتشمل تجاربنا عدة طرق تعمل في وقت واحد ومترابطة. يتم تنظيم البروتوكول هنا أولا ً وفقا لنوع الأسلوب، كل منها يجب أن يكون مدمجا في إعداد تجربة موحدة. وهذه الأنواع هي اختيار الأنواع النباتية؛ تصميم الروبوت بما في ذلك الأجهزة والميكانيكا. الروبوت البرمجيات للاتصالات والسيطرة؛ ومراقبة وصيانة صحة النبات. ثم يمضي البروتوكول في تصميم التجربة، يليه جمع البيانات وتسجيلها. للاطلاع على التفاصيل الكاملة للنتائج التي تم الحصول عليها حتى الآن، انظر Wahby et al.14. وتشمل النتائج التمثيلية ثلاثة أنواع من التجارب - تجارب التحكم حيث لا توفر جميع الروبوتات المحفزات (أي أنها خاملة)؛ تجارب قرار واحد حيث يجعل المصنع خيار ثنائي بين واحد من المحفزات توفير الروبوت واحد هو نائمة. وتجارب متعددة القرارات حيث يتنقل المصنع في سلسلة من الخيارات الثنائية لينمو نمط محدد مسبقاً.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printed case</td>
			<td>Shapeways, Inc</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Customized product, https://www.shapeways.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printed joints</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Produced by authors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adafruit BME280 I2C or SPI Temperature Humidity Pressure Sensor</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>2652</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Uno Rev 3</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>A000066</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CdS photoconductive cells</td>
			<td>Lida Optical &#38; Electronic Co., Ltd</td>
			<td>GL5528</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cybertronica PCB</td>
			<td>Cybertronica Research</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Customized product, http://www.cybertronica.de.com/download/D2_node_module_v01_appNote16.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC Brushless Blower Fan</td>
			<td>Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd.</td>
			<td>UB5U3-700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital temperature sensor</td>
			<td>Maxim Integrated</td>
			<td>DS18B20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Power (800 mA) EPILED - Far Red / Infra Red (740-745 nm)</td>
			<td>Future Eden Ltd.</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>I2C Soil Moisture Sensor</td>
			<td>Catnip Electronics</td>
			<td>v2.7.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR-proximity sensors (4-30 cm)</td>
			<td>Sharp Electronics</td>
			<td>GP2Y0A41SK0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED flashlight (50 W)</td>
			<td>Inter-Union Technohandel GmbH</td>
			<td>103J50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED Red Blue Hanging Light for Indoor Plant (45 W)</td>
			<td>Erligpowht</td>
			<td>B00S2DPYQM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-voltage submersible pump 600 l/h (6 m rise)</td>
			<td>Peter Barwig Wasserversorgung</td>
			<td>444</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medium density fibreboard</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td>For stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-Spectrometer (Hamamatsu) on an Arduino-compatible breakout board</td>
			<td>Pure Engineering LLC</td>
			<td>C12666MA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pixie - 3W Chainable Smart LED Pixel</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>2741</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pots (3.5 l holding capacity, 15.5 cm in height)</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supplies (5 V, 10 A)</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>658</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raspberry Pi 3 Model B</td>
			<td>Raspberry Pi Foundation</td>
			<td>3B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raspberry Pi Camera Module V2</td>
			<td>Raspberry Pi Foundation</td>
			<td>V2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raspberry Pi Zero</td>
			<td>Raspberry Pi Foundation</td>
			<td>Zero</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RGB Color Sensor with IR filter and White LED - TCS34725</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>1334</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sowing and herb soil</td>
			<td>Gardol</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>String bean</td>
			<td>SPERLI GmbH</td>
			<td>402308</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transparent acrylic 5 mm sheet</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td>For supplemental structural support</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wooden rods (birch wood), painted black, 5 mm diameter</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td>For plants to climb</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

robotic sensing and stimuli provision for guided plant growth

يتم البحث بنشاط في أنظمة الروبوت للتلاعب بالنباتات الطبيعية، وعادة ما تقتصر على أنشطة الأتمتة الزراعية مثل الحصاد والري والتحكم الميكانيكي في الأعشاب الأعشاب الآلية. توسيع هذا البحث, ونحن نقدم هنا منهجية جديدة للتلاعب النمو الاتجاهي للنباتات عن طريق آلياتها الطبيعية للإشارة وتوزيع الهرمونات. ويمكن أن تتيح المنهجية الفعالة لتوفير المحفزات الروبوتية إمكانيات لإجراء تجارب جديدة على مراحل إنمائية لاحقة في النباتات، أو لتطبيقات التكنولوجيا الأحيائية الجديدة مثل تشكيل النباتات للجدران الخضراء. ويمثل التفاعل مع النباتات العديد من التحديات الروبوتية، بما في ذلك الاستشعار القصير المدى للأعضاء النباتية الصغيرة والمتنوعة، والطاقة التي تسيطر عليها استجابات النباتات التي تتأثر بالبيئة بالإضافة إلى المحفزات المقدمة. من أجل توجيه نمو النبات، ونحن تطوير مجموعة من الروبوتات غير متحركة مع أجهزة الاستشعار للكشف عن قرب نصائح النمو، ومع الصمامات الثنائية لتوفير المحفزات الخفيفة التي تعمل phototropism. يتم اختبار الروبوتات مع تسلق الفول المشترك، Phaseolus المبتذلةق، في التجارب التي تستغرق فترات تصل إلى خمسة أسابيع في بيئة تسيطر عليها. مع الروبوتات التي تنبعث بالتتابع الانبعاثات الزرقاء الخفيفة الذروة في الطول الموجي 465 نانومتر نمو النبات هو توجيه بنجاح من خلال القرارات الثنائية المتعاقبة على طول الدعائم الميكانيكية للوصول إلى المواقع المستهدفة. يتم اختبار أنماط النمو في الإعداد تصل إلى 180 سم في الارتفاع، مع ينبع النبات نمت ما يصل إلى ما يقرب من 250 سم في الطول التراكمي على مدى فترة سبعة أسابيع تقريبا. الروبوتات تنسيق أنفسهم وتعمل بشكل مستقل تماما. أنها تكشف اقتراب نصائح النبات عن طريق أجهزة استشعار القرب الأشعة تحت الحمراء والتواصل عبر الراديو للتبديل بين المحفزات الضوء الأزرق وحالة نائمة، حسب الاقتضاء. وعموما، فإن النتائج التي تم الحصول عليها تدعم فعالية الجمع بين منهجيات تجربة الروبوت والنباتات، لدراسة التفاعلات المعقدة المحتملة بين النظم الطبيعية والنظم المستقلة الهندسية.

التحكم: سلوك النبات دون المحفزات الروبوتية. بسبب عدم وجود الضوء الأزرق (أي، جميع الروبوتات هينائمة)، لا يتم تشغيل phototropism إيجابية في المصنع. ولذلك، تظهر النباتات نمو صعودي غير متحيز لأنها تتبع الجاذبية. كما أنها تعرض تطويق نموذجي (أي متعرج)، انظر الشكل 4A. كما هو متوقع، تفشل المصانع في العثور على الدعم الميكانيكي مما يؤدي إلى الروبوتات الخاملة. تنهار النباتات عندما لم تعد قادرة على دعم وزنها. نوقف التجارب عندما ينهار مصنعان على الأقل، انظر الشكل 4B،C.
قرارات فردية أو متعددة: سلوك النبات مع المحفزات الروبوتية في أربع تجارب قرار واحد، اثنين من أشواط لديها التوجيه اليساري (أي، يتم تنشيط الروبوت الأيسر من البيفوركاتيون لتحفيز)، واثنين من أشواط لها توجيه نحو اليمين. الروبوتات التحفيز توجيه بنجاح النباتات نحو الدعم الصحيح، انظر الشكل 5. أقرب مصنع مع زاوية الجذعية الأكثر مماثلة لتلك التي من الدعم الصحيح تعلق أولا. في كل تجربة، مصنع واحد على الأقل يعلق على الدعم ويصعد حتى تصل إلى الروبوت التحفيز وبالتالي ينتهي التجربة. في تجربة واحدة، مصنع الثاني تعلق على الدعم الصحيح. النباتات المتبقية قد نعلق كذلك في فترات تجربة أطول. لا أحد من النباتات تعلق على الدعم غير صحيح. كل تجربة تعمل بشكل مستمر لمدة 13 يوما في المتوسط.
في تجربتين متعددي القرارات، تنمو النباتات لتصبح نمط متعرج محدد مسبقاً، انظر الشكل 6A. كل تجربة تعمل لمدة سبعة أسابيع تقريبا. كما تبدأ تجربة، الروبوت يحدد وضعه إلى التحفيز (انظر 3.6.3) ويوجه النباتات نحو الدعم الصحيح وفقا للنمط المنصوص عليها. مصنع يعلق ويصعد عليه، وصوله إلى الروبوت التحفيز المنشط وبالتالي استكمال القرار الأول. وفقا ل 3.7.3, يصبح ال [بوثن] حاليّة تحفيزيّة بعد ذلك خاملة ويخطر جيرانه مجاورة. الجار الخامل الذي هو التالي على نمط متعرج تبديل نفسه إلى التحفيز (انظر 3.7.6). إذا تم الكشف عن النبات من قبل الروبوت نائمة، أن الروبوت لا يتفاعل (انظر 3.7.2). وتستمر المصانع وتكمل القرارات الثلاثة المتبقية بنجاح. ولذلك فإن نمط متعرج المعرفة مسبقا ً ينمو بالكامل، انظر الشكل 6B.
جميع بيانات التجربة، وكذلك مقاطع الفيديو، متاحة على الإنترنت24.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59835/59835fig1.jpg"> الشكل 1 الروبوت غير متحرك ومكوناته الأساسية. أعيد طبع الشكل من مؤلف المنشور Wahby وآخرون14، المستخدمة مع رخصة المشاع الإبداعي CC-BY 4.0 (انظر الملفات التكميلية) ، مع التعديلات كما يسمح بها الترخيص. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59835/59835fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59835/59835fig2.jpg"> الشكل 2 الرسم التخطيطي للمكونات للإلكترونيات الروبوت غير متحرك. يتم التفاعل بين السائقين IRLML2060 LED مع الكمبيوتر الروبوت واحد متن (على سبيل المثال التوت بي) عن طريق PWM للسيطرة على سطوع المصابيح. يتم واجهة مفتاح LP5907 مع الكمبيوتر أحادي اللوحة عبر دبوس رأس الإدخال/الإخراج (GPIO) للأغراض العامة، للتحكم في المروحة. يتم واجهة محول تناظري إلى رقمي (ADC) MCP3008 مع الكمبيوتر أحادي اللوحة عبر واجهة طرفية تسلسلية (SPI) لقراءة بيانات مستشعر الأشعة تحت الحمراء التناظرية والمقاوم المعتمد على الضوء (LDR). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59835/59835fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59835/59835fig3.jpg"> الشكل 3 بعد وقت قصير '03.04.16،' تلميح النبات يصعد الدعم ويصل في مجال رؤية الروبوت. (أ) عينة الاستشعار IR-القرب قراءات الجهد تحجيم (محور عمودي) أثناء تجربة. تشير القيم العليا إلى الكشف عن طرف النبات. (ب) يتم وضع جهاز استشعار قرب الأشعة تحت الحمراء وتوجيهها وفقا لملحق الدعم، لضمان الكشف الفعال عن طرف النبات. أعيد طبع الشكل من مؤلف المنشور Wahby وآخرون14، المستخدمة مع رخصة المشاع الإبداعي CC-BY 4.0 (انظر الملفات التكميلية) ، مع التعديلات كما يسمح بها الترخيص. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59835/59835fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59835/59835fig4.jpg"> الشكل 4 تجارب التحكم إطارات النتائج تبين أن جميع النباتات الأربعة لم تعلق على أي دعم في غياب الضوء الأزرق. (أ) بعد خمسة أيام، جميع النباتات التي تنمو صعودا في واحدة من تجارب السيطرة (انظر (ج)لحالة النمو في وقت لاحق). (ب) بعد 15 يوما ، انهارت ثلاثة مصانع ، واحد لا يزال ينمو صعودا في أول تجربة السيطرة. (ج) بعد سبعة أيام، انهار مصنعان، واثنين لا يزالان ينموان صعوداً في تجربة التحكم الثانية (انظر (أ)لحالة النمو السابقة). أعيد طبع الشكل من مؤلف المنشور Wahby وآخرون14، المستخدمة مع رخصة المشاع الإبداعي CC-BY 4.0 (انظر الملفات التكميلية) ، مع التعديلات كما يسمح بها الترخيص. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59835/59835fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59835/59835fig5.jpg"> الشكل 5 تجارب قرار واحد إطارات النتيجة تبين قدرة الروبوت التحفيز لتوجيه النباتات من خلال قرار ثنائي، لتسلق الدعم الصحيح. في جميع التجارب الأربع، يتم تعيين روبوت واحد لتحفيز والآخر إلى نائمة-في الجانبين المتقابلين من تقاطع. الإطارات تظهر موقع النباتات الحق قبل الروبوت التحفيز بالكشف عنها. في كل تجربة على الأقل مصنع واحد يعلق على الدعم الصحيح، ولا مصنع تعلق على واحد غير صحيح. أيضا، تظهر النباتات غير المدعومة النمو منحازا نحو الروبوت التحفيز. E, F,G, H هي المقربة من A, B, C, D على التوالي. أعيد طبع الشكل من مؤلف المنشور Wahby وآخرون14، المستخدمة مع رخصة المشاع الإبداعي CC-BY 4.0 (انظر الملفات التكميلية) ، مع التعديلات كما يسمح بها الترخيص. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59835/59835fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59835/59835fig6v2.jpg"> الشكل 6 تجربة متعددة القرارات. (أ) يتم تمييز نمط متعرج المستهدف باللون الأخضر على الخريطة. (ب) الإطار الأخير من التجربة (بعد 40 يوما)، يظهر وضع النباتات قبل أن يكتشفها آخر روبوت تحفيزي على النمط. الروبوتات تنمو بنجاح نمط متعرج. أعيد طبع الشكل من مؤلف المنشور Wahby وآخرون14، المستخدمة مع رخصة المشاع الإبداعي CC-BY 4.0 (انظر الملفات التكميلية) ، مع التعديلات كما يسمح بها الترخيص. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59835/59835fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Robotic Sensing and Stimuli Provision for Guided Plant Growth at JoVE.com

Robotic Sensing and Stimuli Provision for Guided Plant Growth

توفر عقد الروبوت الموزعة تسلسلات من محفزات الضوء الأزرق لتوجيه مسارات نمو مصانع التسلق. من خلال تفعيل الفوتوتروبيسم الطبيعي، الروبوتات توجيه النباتات من خلال القرارات الثنائية اليسار واليمين، وزراعتها في أنماط محددة مسبقا أنه على النقيض من ذلك غير ممكن عندما تكون الروبوتات نائمة.

توفير الاستشعار الآلي والمحفزات لنمو النباتات الموجهة

Robot systems are actively researched for manipulation of natural plants, typically restricted to agricultural automation activities such as harvest, ...

توجيه النمو الاتجاهي للنباتات مع نظام مستقل هو مفهوم جديد وأصلي لم يتم الإبلاغ عنه من قبل. المفتاح هنا هو معرفة ما هو ممكن في الواقع. أسلوبنا هو أول طريقة آلية لزراعة النباتات إلى الأشكال والأشكال المطلوبة باستخدام العقد الروبوتية للكشف عن النباتات مع أجهزة الاستشعار الخاصة بهم وللتبديل المحفزات وفقا لذلك.يمكن استخدام هذه الطريقة والروبوتات المستخدمة هنا مع هياكل تنمو بشكل حيوي حيث تحدد التغذية المرتدة تطور نظام البيوبري. إن الحفاظ على صحة النباتات والكشف عن وجودها عند نقاط التقاطع أمر صعب. تأكد من أن مصادر الضوء الخارجية لا تؤدي إلى استجابات phototropic في حالة فشل.العرض المرئي ضروري لإظهار التعاون بين النباتات والروبوتات على مدى فترات زمنية ممتدة لتنمية أنماط النمو المحددة من قبل المستخدم. جوليان Ptezold، طالب غراد في مجموعتنا البحثية، وسوف تظهر إجراء التجربة. قبل البدء في تجربة، حدد نوع النبات المعروف لعرض الضوء الضوئي إيجابية قوية نحو الأشعة فوق البنفسجية A والضوء الأزرق في النصائح المتنامية.اخترنا Phaseolus vulgaris أو الفاصوليا الشائعة لأنها تنمو بسرعة وتظهر نموًا قويًا نحو الضوء الأزرق. يؤلف كل روبوت حول لوحة واحدة لاسلكية محلية تمكين الشبكة كمبيوتر واجهة الكمبيوتر إلى أجهزة الاستشعار والمحركات عن طريق لوحة الدوائر المطبوعة المخصصة. وتشمل واحدة الأشعة تحت الحمراء الاستشعار القرب في اتجاه يجري اختبارها للاقتراب من النباتات بما في ذلك ما يكفي من الثنائيات الباعث للضوء لتقديم متطلبات الضوء الأزرق في الاتجاه الذي يجري اختباره للنباتات تقترب.وتشمل الأجهزة التي تمكن الإشارات المحلية بين الروبوتات وتشمل راصد ضوئي لكل اتجاه من الروبوت المجاور لمراقبة حالة انبعاث الضوء. وتشمل الأجهزة لتبديد الحرارة على النحو الذي تقتضيه الظروف من الثنائيات الزرقاء المختارة والضميمة الروبوت المستخدمة باستخدام مزيج من المصارف الحرارية الألومنيوم، فتحات في حاوية كل الروبوت القضية والمراوح. بعد التأكد من أن اتجاهات مكون الروبوت يتم خدمتها بشكل موحد ، ضع الثنائيات الزرقاء لتوزيع كثافة ضوء مكافئة لكل من الاتجاهات التي قد تقترب منها النباتات وتوجه كل ثنائي في حالة الروبوت بحيث يكون محور وسط زاوية عدسةه ضمن 60 درجة من كل محور من محاور الدعم الميكانيكي الذي تقدمه.ضع مستشعرات القرب بالأشعة تحت الحمراء بشكل مكافئ لاتجاهات النمو التي تقترب من كل منها في غضون سنتيمتر واحد من نقطة المرفق بين الروبوت والدعم الميكانيكي الذي يتم خدمته لتوجيه كل جهاز استشعار بحيث تكون زاوية العرض الخاصة به موازية لمحور الدعم. بعد ذلك، قم بلصق ورقة 125 في 180 سنتيمتر من الأكريليك الشفاف إلى حامل عرض 125 سنتيمترًا قادرًا على عقد الإعداد في وضع مستقيم. دمج الروبوتات في مجموعة من الدعامات الميكانيكية المعيارية التي تحمل الروبوتات بشكل مزدوج في وضعها وتعمل كسقالات متسلقة للنباتات لتقييد مسارات النمو المتوسطة المحتمل.على كل روبوت، وتشمل نقاط المرفقات لإرساء الدعامات الميكانيكية محددة بما في ذلك نقطة مرفق واحد لكل اتجاه التي مصنع قد الاقتراب أو مغادرة الروبوت. ضع أواني مع التربة المناسبة على المنصة ضد ورقة الاكريليك ولصق روبوتين على ورقة الاكريليك إدراج نهايات الدعامات الموضوعة سابقا في مآخذ في حالات الروبوت. ثم كرر النمط لوضع الروبوتات المتبقية والدعم في نمط حصى قطريا بحيث كل صف من الروبوتات هو 35 سنتيمترا فوق الصف السابق ، وأن كل روبوت يتم وضعه أفقيا مباشرة فوق الروبوت أو Y المشتركة التي هي صفين تحت.وينبغي ترتيب الدعامات الميكانيكية في نمط حصى بانتظام قطري بشكل موحد مع زاوية الميل في 45 درجة أو أكثر انحدارا مع أطوال دعم موحدة لا تقل عن 30 سنتيمترا لكل دعم. يجب أن يكون الطول المُعرَض المفضل 40 سنتيمتراً على الأقل للسماح ببعض العازلة للحالات القصوى إحصائياً من مفرزة النبات. في برنامج الروبوت ، قم بإنشاء حالة تحفيز ينبعث خلالها الروبوت الضوء الأزرق وحالة نائمة خلالها الروبوت إما ينبعث منه أي ضوء أو ينبعث منه ضوء أحمر.ضع الإعداد التجريبي في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة وحافظ على التمثيل الضوئي النباتي باستخدام مصابيح نمو الصمام الثنائي الباعث للضوء خارج الروبوتات وتواجه الإعداد التجريبي. بعد الإنبات، وتوفير كل وعاء النبات الخاصة بها في قاعدة الإعداد التجريبي وتنظيم درجة حرارة الهواء ومستويات الرطوبة حسب الاقتضاء للأنواع المختارة باستخدام سخانات، مكيفات الهواء، مرطبات، وs-humidifiers حسب الضرورة ورصد هذه المستويات باستخدام درجة حرارة استشعار الرطوبة الضغط. لاختبار نمو النبات في وجود العديد من الظروف التحفيزية اللاحقة ، وتوفير الروبوتات مع خريطة عالمية للنمط الذي سيتم زراعتها والتقاط مقاطع الفيديو الم مركزة زمنيا باستمرار للتجارب باستخدام كاميرات متمركزة في اثنين أو أكثر من وجهات النظر مع عرض كاميرا واحد على الأقل يشمل الإعداد التجريبي الكامل.تأكد من أن الصور الملتقطة هي من دقة عالية بما فيه الكفاية لالتقاط بشكل كاف للحركات من النصائح نمو النبات والتي عادة ما تكون سوى بضعة ملليمترات في العرض. ثم مراقبة أحداث المرفق النباتي ونمط النمو على طول يدعم الميكانيكية على مدى فترة نمو تجريبية مناسبة. في ظل ظروف تفتقر إلى الضوء الأزرق، لا يتم تشغيل الضوئية الإيجابية والنباتات تظهر نمو تصاعدي غير متحيز لأنها تتبع gravitropism.كما أظهرت النباتات عادة المحيطة. كما هو متوقع في ظل هذه الظروف، تفشل النباتات في العثور على الدعم الميكانيكي مما يؤدي إلى الروبوتات نائمة والانهيار عندما لم تعد قادرة على دعم وزنها. يجب إيقاف التجربة عندما ينهار مصنعان على الأقل.في هذه التجربة التمثيلية ذات القرار الواحد، نجحت الروبوتات التحفيزية في توجيه النباتات نحو الدعم الصحيح. في هذه التجربة التمثيلية المتعددة القرارات ، نمت النباتات إلى نمط متعرج محدد مسبقًا باستخدام الروبوتات الخاملة والمحفزة لشعور وتحفيز نمو النبات على التوالي حتى تم زراعة نمط متعرج محدد مسبقًا بالكامل. دراسة هذا النوع من نظام الهبري الحيوية يمهد الطريق نحو التقنيات الناشئة من الهندسة المعمارية والبيولوجيا والهندسة لتطوير هياكل التكيفية الحية وتنمية مكونات البناء.

Research

JoVE Journal

Engineering

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

تيراهيرتز الاستشعار ميكروفلويديك باستخدام الاستشعار الدليل الموجي الموازي لوحة

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic ...

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

تجميع وتشغيل نيون الأساسية للاستشعار عن Microcavities Refractometric

This paper discusses  fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic  analysis setup. These structures are based on the ...

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

ومنصة اختبار للدراسات متانة من البوليمرات و البوليمرات المقوى بالألياف المركبات تحت المحفزات وبالتزامن Hygrothermo الميكانيكية

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

خيوط ليزر Femtosecond لاستخدامها في تصوير شبه Diffraction محدودة زمنياً، والاستشعار عن بعد

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

تصميم وتنفيذ مناور الروبوتية مفصل لمادية خارجة عن الموجات فوق الصوتية

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

منصة مقلوب السليكون الاستشعار الألياف الضوئية بدقة عالية واستجابة سريعة

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

الأشعة تحت الحمراء من أربع موجات منحط الاختلاط مع Upconversion للكشف عن كمية الغاز الاستشعار

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...