BR112013007252B1

BR112013007252B1 - Plataforma automática de fenotipagem

Info

Publication number: BR112013007252B1
Application number: BR112013007252-0A
Authority: BR
Inventors: Pereyra Irujo Gustavo; Aguirrezábal Luis; Gasco Emmanuel
Original assignee: Conicet-Consejo Nac. De Investigaciones Cientificas Y Técnicas
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2018-06-12
Also published as: UY33630A; AR091288A1; MX352196B; MX2013003449A; BR112013007252A2; WO2012042084A1

Description

(54) Título: PLATAFORMA AUTOMÁTICA DE FENOTIPAGEM (51) Int.CI.: A01G 7/00; A01H 3/00 (30) Prioridade Unionista: 27/09/2010 AR P20100103498 (73) Titular(es): CONICET-CONSEJO NAC. DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS Y TÉCNICAS (72) Inventor(es): GUSTAVO PEREYRA IRUJO; LUIS AGUIRREZÁBAL; EMMANUEL GASCO

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PLATAFORMA AUTOMÁTICA DE FENOTIPAGEM

Campo Técnico da Invenção [001] A presente invenção se refere a uma plataforma automática de fenotipagem aplicável a plantas com déficit hídrico, permitindo à mesma a simplificação da tarefa de fenotipagem e o manuseio de uma multiplicidade de plantas, bem como a aquisição/captura automática dos resultados obtidos para sua análise posterior.

Estado da Técnica e Problemas a serem Resolvidos [002] Em relação a arte prévia mais próxima da presente invenção, são conhecidos dispositivos os quais permitem a hidratação, a rega automática de plantas ou a análise de plantas, através de diferentes tipos de mecanismos, tais como aqueles divulgados nas patentes US 6161329 (Spelt) de 19/12/00, US 3085364 (Chapin) de 16/04/63, US 4062491 (Von Skwarski) com data 13/12/77, US 5315787 (Scheleicher y otros) com data 31/05/94, NL 8202434 (Schulte) publicado em 16/01/1984, US 5421515 (Rin Kewich) com data 6/06/1995 e JP 2004191243 (Rikagaku Kenkyusho) com data 8/07/2004.

[003] Além disto, é ainda conhecida uma plataforma desenvolvida peça empresa Optimalog, a qual desenvolveu para o projecto Phenopsis, um equipamento de fenotipagem no qual uma estrutura robótica particular de desloca dentro de quadro retangular e de forma individual, movendo-se de acordo com os eixos x-y-z, através de cada um dos vasos ou potes de tamanho pequeno, e fixos os quais contém as plantas, realizando o fornecimento de água, a tomada do peso mediante balança e da imagem digital ou termográfica correspondente, para uma analise posterior. Para maiores informações do projeto é possível acessar: http://bioweb.supagro.inra.fr/phenopsis; http://bioweb.supagro.inra.fr/phenodyn/; e http://bioweb.supagro.inra.fr/phenopsis/ InfoBDD.php.

[004] Em nenhum dos dispositivos da arte prévia mais próxima é possível realizar a rega ou irrigação, a pesagem, a fotografia estereoscópica, etc., de múltiplas plantas de uma ampla gama de tamanhos e através de mecanismos simples, facilmente deslocáveis ou reparáveis como na presente invenção, sem o emprego de tecnologia eletrônica muito avançada nem sistemas de controle complexos que permitam o deslocamento de acordo com os eixos x-y-z. Esta invenção é facilmente adaptável a diferentes tipos de

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2/7 vasos/plantas e facilmente ampliável para realizar a fenotipagem de um número maior de plantas e do solo e somente requer uma movimentação segundo os eixos x-z.

[005] Portanto, constitui um objetivo da presente invenção o provimento de uma plataforma que permite a automação da fenotipagem de plantas, especialmente com déficit hídrico, estando a mesma conectada a um computador central apto a permitir a análise de cada uma das plantas que se encontram na dita plataforma.

Breve Descrição das Figuras da Invenção [006] A fim de que a presente invenção seja claramente compreendida e levada a prática com facilidade, esta é ora descrita a partir de suas formas preferidas de realização e das figuras de caráter ilustrativo e não limitativo que acompanham esta memória descritiva, nas quais:

- a figura 1 é uma vista em perspectiva da plataforma de fenotipagem da presente invenção;

- a figura 2 é uma vista frontal da plataforma ilustrada na figura 1:

- a Figura 3 ilustra uma vista lateral da plataforma da figura 1, mostrando os movimentos que se realizam através da mesma;

- a figura 4 permite ver os sistemas de medição de peso, tomando dito dato de cada linha lateral de vasos;

- as figuras 5a e 5b mostram vistas laterais da plataforma e de seus movimentos correspondentes de deslocamento do carro e da elevação do sistema de pesagem;

- a figura 6 ilustra uma vista em planta da plataforma de fenotipagem da presente invenção;

- a figura 7 é uma vista em perspectiva do carro de transporte com os sistemas de medição correspondentes;

- a figura 8 permite ver uma vista frontal da lateral esquerda da plataforma de fenotipagem da presente invenção;

- a figura 9 mostra uma vista em perspectiva da lateral esquerda da plataforma de fenotipagem proposta.

[007] Em todas as figuras, números e letras de referência iguais correspondem a elementos idênticos da presente invenção.

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Descrição Detalhada da Invenção [008] Tal como se observa na figura 1, a plataforma para fenotipagem, em uma forma preferida de realização é composta por oito vigas reticuladas 2, as quais são disposta paralelamente entre si formando, entre duas vigas contíguas, correspondentes quatro filas 3. Entre ditas filas e ao longo de todas as vigas 2, se posicionam as plantas la com seus vasos 1 correspondentes formando uma pluralidade de filas. Na figura 1, e para efeito de clareza, somente se observa a primeira fila de plantas e de vasos. Nesta se montra que os vasos 1, os quais contém as plantas la, se posicionam por sobre as bandejas lb, que se apoiam sobre as vigas 2, e dentro de corpos cilíndricos lc. A mencionada bandeja lb é a que entra em contato com a balança 4 a fim de fazer a medição do peso correspondente. A fim de entrar em contato dita balança 4 com a bandeja lb, faz-se necessário realizar um movimento ascendente e descendente da balança mediante um mecanismo de tipo preferentemente alavanca 12c ou de tipo biela e manivela, o qual mediante o giro de um eixo 13, originado por um motor elétrico 9 dotado de uma sua caixa de redução correspondente, produz o giro de dita alavanca, e a elevação da balança 4 para que se possam realizar as medições dos correspondentes pesos.

[009] Dito vaso 1 que contém a planta la receberá água de irrigação através de uma mangueira 5a, água que é fornecida mediante o bombeamento de uma bomba peristáltica 5b; estando montada a mangueira 5a sobre una coluna vertical 6a. Perpendicularmente a dita coluna vertical 6a é montada uma barra sustentação 6b, sobre a qual se fixam correspondentes câmaras fotográficas.

[010] Os mencionados sistemas de irrigação e de pesagem se encontram montados sobre uma estrutura paralelepipédica A, ora dita carro, apresentando mobilidade ao longo das vigas 2, mediante o uso de um motor elétrico 8, dotado de uma correspondente caixa redutora, e cujo giro produzirá o movimento do eixo 14 e conseqüentemente das rodas 10 do carro A. Ditas rodas 10 se deslocam ao longo de respectivos trilhos 11.

[011] Na figura 2 se observa claramente o eixo 13, e seu motor de movimentação 9, sobre o qual se montam os mecanismos de elevação e de descida que no momento em que as balanças 4 se posicionam por baixo das bandejas lb, produzem a elevação das

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4/7 mesmas com os vasos 1 que contém a sua planta la correspondente, podendo então medir o peso de dita planta la. Da mesma forma, as câmaras fotográficas 7 posicionadas adequadamente por sobre as plantas la, tiram as fotos correspondentes para cada uma das mesmas. Aqui mesmo se realiza a irrigação de cada uma das plantas com a medida ou quantidade que se considera adequada para cada planta, de acordo com o seu estado e com o peso do vaso la, o que permitirá estimar a humidade do solo contido dentro da mesma. Toda a informação adquirida, que será particular para cada uma das plantas la da plataforma de fenotipagem, será enviada a um computador central que logo permitirá visualizar convenientemente os resultados.

[012] Na forma preferida de realização da plataforma existem quatro fileiras de plantas, conformadas entre as vigas 2, devendo, portanto, o carro A dispor de quatro balanças 4, as quais, uma vez que hajam medido o peso correspondente, se movem com o carro A para uma próxima fila de plantas, tudo isto até correr por todas as filas de plantas e na extremidade final das vigas 2.

[013] As figuras 3 e 4 mostra o movimento ascendente (flecha B) da balança 4 através do braço 12a que forma parte do mecanismo de subida e descida 12, e o movimento do carro A (flecha C) que se desloca através do giro de suas rodas 10 ao longo dos trilhos 11. Pode ser visto que a mangueira 5a leva a água de irrigação até o vaso 1, posicionado sobre a base lb que se apóia nas vigas 2.

[014] Nas figuras 5a e 5b se mostra claramente o posicionamento do carro A em uma das filas intermediárias da plataforma, indicando-se os seus movimentos para a frente (fecha El) e para traz (flecha E2) e o movimento ascendente (flecha B) para realizar a medição e a irrigação de cada planta la.

[015] É visto na figura 6 o carro A posicionado em uma extremidade da plataforma de fenotipagem da presente invenção, com suas quatro balanças 4 e vasos 1 correspondentes. Dito carro A será movimentado ao longo dos trilhos 11.

[016] A figura 7 mostra o carro em perspectiva com os seus eixos giratórios 13 e 14 que realizam os movimentos da plataforma, o primeiro destes, o 13, gira sobre alguns rolamentos 12d fixos no carro A, e com as suas alavancas 12c consegue levantar e fazer descer o braço 12a que contém em sua extremidade a balança 4. O segundo eixo 14 gira

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5/7 por meio de um motor 8, e realiza, intermediado pela caixa de redução, o giro das rodas 10 que traslada o carro A ao longo da plataforma. A figura 8 permite ver a aplicação das rodas 10 do carro A sobre os trilhos 11.

[017] Na figura 9 podemos observar a lateral esquerda da extremidade da plataforma de fenotipagem proposta, permitindo identificar com maior clareza os eixos 13 e 14, os rolamentos 12d, as alavancas 12c.

Forma Preferida de Realização da Invenção [018] A plataforma de fenotipagem, em sua forma preferencial de realização, compreende uma estrutura fixa composta por oito vigas reticuladas de aço, as quais permitem definir quatro fileiras, ou seja, com duas vigas por fileira, com um comprimento preferencial de 10 metros e entre as quais se apoiam os vasos. Cada fileira suporta trinta vasos de até 12 quilos de peso cada um. Por entre as fileiras passam os sistemas de irrigação e de medição do carro. O espaço entre dois pares de fileiras tem aproximadamente 70 centímetros de forma a permitir transitável por uma pessoa.

[019] Os suportes móveis dos vasos som 120 para a quantidade de vigas e comprimento mencionados. Sendo esta uma estrutura plana (base), a qual se apóia entre as vigas, sendo esta base elevada por uma balança, como assim também elevando-se uma estrutura de suporte para o vaso, que mantém a estabilidade do vaso e, por sua vez, que contém a circulação de água pela extremidade inferior; contando preferencialmente com uma identificação numérica visível ao usuário.

[020] Cada um dos 120 vasos é cilíndrico, feito em material de PVC, e com 33 cm de altura por 10 cm de diâmetro. Seu extremo inferior é coberto por uma malha plástica tipo mosquiteiro; contando com um sistema de funil para receber a água proveniente do sistema de irrigação do carro, e a distribuindo de forma lenta e equiparada na superfície do vaso.

[021] Com relação ao mecanismo de irrigação e de medição, o mesmo possui um sistema de deslocamento e de posicionamento composto de um motor trifásico 6 de 1 HP acoplado a uma caixa redutora que produz a tração do carro A, este motor é alimentado e aciona, através de um variador de velocidade programável, que o protege contra baixa tensão e sobre tensão e contra um consumo em excesso de corrente do motor, também

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6/7 por sua programação permite fazer trocas no sentido de giro do motor de sua velocidade. O carro A se desloca sobre trilhos localizados por baixo dos suportes de plantas, parando onde estão posicionados os vasos. É controlado por um micro controlador programável em linguagem Basic, em comunicação com o computador central, que lê em que posições existem vasos, através de um sistema óptico disposto em uma extremidade do carro, este lê a obstrução de um feixe de luz, o que indica que o carro está em uma posição de pesagem.

[022] O sistema de elevação das balanças está acoplado dentro do sistema de deslocamento é composto por um motor de 1 HP trifásico acoplado a uma caixa redutora que move o eixo e um sistema de alavancas, produzindo um movimento linear das balanças (para cima) e suporta o peso dos vasos ao levanta-los. Eleva a balança e junto com esta o suporte móvel, de modo tal a realizar a pesagem do vaso que contém a planta. O motor deste sistema é alimentado e acionado através de um variador de velocidade programável, que o protege contra baixa tensão e sobre tensão e por um consume excessivo de corrente do motor, também através da sua programação permite fazer trocas no sentido de giro do motor, além da sua velocidade. É comandado pelo micro controlador do carro, o qual recebe as ordens do computador central.

[023] O sistema de irrigação 5 é composto por quatro mangueiras de irrigação 5a e quatro bombas 5b de tipo peristálticas acionadas independentemente e suportadas sobre uma coluna de suporte vertical 6a. As mencionadas bombas 5b se comunicam através de uma interface RS232 com o computador central que indicará a esta a quantidade de voltas que devem ser dadas e, desta forma, a quantidade de água a ser suprida a cada planta. [024] São utilizadas quatro balanças Ohaus Trooper® de 6 kg de capacidade e lg de sensibilidade. Estas balanças se comunicam com o computador central, enviado a informação sobre o peso medido, por meio de uma interface de comunicação RS232.

[025] São colocadas duas câmaras digitais, (com conexão USB), com a possibilidade de incluir ainda uma câmara de imagem térmica ou outro tipo de sensores. Ditas câmaras de 3 megapixels são dispostas no centro de cada fileira de plantas, e possuem também comunicação com o computador central. A altura, a inclinação e a distância entre as câmaras são possíveis de serem reguladas manualmente, de forma a ajusta-las ao

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7/7 tamanho da planta cultivada. Uma das câmaras fará uma imagem central da planta, a outra se encontrará deslocada entre 5 e 15 centímetros para um lado, com uma inclinação que pode ser regulada de acordo com a distância da planta. O software de controlador central deverá tomar as imagens de ambas as câmaras com a menor diferencia de tempo possível entre elas, e armazena-las para serem analisadas preferentemente mediante o método de Biskup et al (4 stereo imaging system for measuríng structuralparameters of plant canopied', publicado em P/ant, Cell and Environment volume 30, páginas 12991308, ano 2007) de análise de imagens estereoscópicas (isto será realizado por um outro programa ou módulo). Ao final do percurso do carro, este deverá se posicionar em uma placa quadriculada para a calibração automática de sistema de visão estereoscópica.

[026] Nos testes realizados com a plataforma preferencial descrita, o deslocamento do carro desde o início até o fim de curso (sem pesagem) levou cerca de 5 minutos e 30 segundos. Realizado a pesagem 30 vezes e aguardando 30 segundos para a irrigação da planta, o tempo dispendido foi de 20 minutos e 30 segundos.

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Claims

Reivindicações

1. Plataforma automática de fenotipagem que compreende ao menos um par de vigas (2) entre as quais é disposta uma planta (la), e por baixo das quais é disposto:

- ao menos um meio de pesagem (4);

- ao menos um meio de irrigação (5a, 5b) e

- ao menos um meio sensor de imagem (7);

estando conectados ditos meios de pesagem (4), de irrigação (5a, 5b) e meios sensores de imagem a um computador central capaz de armazenar os dados recebidos e variar os tempos de acionamento dos tempos de irrigação e de medição através de sua conexão com o dito meio de irrigação (5a, 5b), sendo a plataforma caracterizada por:

ditos meios de irrigação e pesagem e sensor de imagem estarem dispostos em um carro (A) com rodas (10) deslocável abaixo das ditas plantas (la) ao longo de dito ao menos um par de vigas (2), e dito meio de pesagem incluir um mecanismo de subida e descida do meio de pesagem (4).
2. Plataforma automática de fenotipagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a planta (la) ser posicionada acima de uma placa ou base (lb), e dentro de um corpo oco (lc).
3. Plataforma automática de fenotipagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dito carro (A) ser posicionado através de rodas (10) sobre trilhos (11).
4. Plataforma automática de fenotipagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por dito meio de pesagem ser uma balança (4).
5. Plataforma automática de fenotipagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dito mecanismo de subida e de descida compreender uma alavanca (12c) acoplada a um eixo (13), o qual recebe o movimento de um motor (9) através da sua correspondente caixa redutora.
6. Plataforma automática de fenotipagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ditas rodas (10) serem movimentadas através do acoplamento a um

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2/2 eixo (14), o qual é movimentado pelo motor (8) com a sua correspondente caixa redutora.
7. Plataforma automática de fenotipagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por dito meio sensor de imagem (7) compreender duas câmaras fotográficas (7) aptas a fazer imagens estereoscópicas, e uma câmara termográfica.
8. Plataforma automática de fenotipagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os medos de irrigação compreenderem uma mangueira (5a) acoplada a uma bomba peristáltica (5b).
9. Plataforma automática de fenotipagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ditos meios de irrigação serem posicionados entre ditas ao menos duas vigas (2).

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