BR112018010100B1 - Sensor eletrônico para detectar uma raiz de uma planta, dispositivo eletrônico e método para monitorar o crescimento de uma raiz de planta e meio de armazenamento não transitório legível por computador - Google Patents
Sensor eletrônico para detectar uma raiz de uma planta, dispositivo eletrônico e método para monitorar o crescimento de uma raiz de planta e meio de armazenamento não transitório legível por computador Download PDFInfo
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Abstract
método e dispositivo para fenotipagem radicular não invasiva. a presente descrição fornece um sensor eletrônico para detectar uma raiz de uma planta no solo, sendo que o sensor eletrônico inclui uma primeira placa condutora configurada para ser colocada no solo, um comutador, uma fonte de alimentação e um extrator de sinal. o comutador é acoplado eletricamente à primeira placa condutora e é configurado para comutar entre um primeiro modo e um segundo modo. a fonte de alimentação é acoplada eletricamente ao comutador e é configurada para fornecer uma carga elétrica à primeira placa condutora no primeiro modo do comutador. o extrator de sinal é acoplado eletricamente ao comutador e é configurado para extrair uma resposta do sinal na primeira placa condutora no segundo modo do comutador. a presente descrição fornece ainda uma segunda placa condutora configurada para ser colocada no solo adjacente e substancialmente paralela à primeira placa condutora. a segunda placa condutora é acoplada eletricamente ao chão.
Description
[001] Este pedido reivindica prioridade do Pedido Provisório n° 62/259.587, intitulado "METHODS AND DEVICES FOR NON- INVASIVE ROOT PHENOTYPING", depositado em 24 de novembro de 2015, cujo conteúdo está incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.
[002] A presente descrição refere-se em geral a dispositivos para fenotipagem radicular não invasiva e mais especificamente a um sistema eletrônico e dispositivos eletrônicos para detectar raízes de plantas, bem como para monitorar os traços radiculares da planta ao longo do tempo.
[003] A arquitetura do sistema radicular (RSA) descreve as raízes espaciais no solo que são conformadas por fatores genéticos e ambientais. A RSA causa impacto na adequação da planta, o desempenho da cultura, rendimento de grãos e pode influenciar a tolerância à seca de uma planta e a capacidade de adquirir nutrientes. Por exemplo, estudos mostraram que modificar um único gene, DEEPER ROOTING 1 (DRO1), no arroz muda o ângulo radicular sem mudar o comprimento radicular total. Essa ligeira mudança no ângulo radicular direciona as raízes para baixo, o que fornece à planta maior acesso ao lençol freático. Dessa forma, o arroz modificado (por exemplo, arroz com o gene DRO1) produz 10% menos sob condições de seca, enquanto que o arroz não modificado (por exemplo, arroz sem o gene DRO1) produz 60% menos sob as mesmas condições em comparação com condições bem irrigadas.
[004] Os traços radiculares raramente foram aplicados a programas de melhoramento devido, em parte, à dificuldade em medir e monitorar o crescimento de raiz em solos opacos e complexos. As técnicas atuais tanto reduzem o rendimento das culturas quanto interferem no ciclo de crescimento das plantas. Uma técnica, por exemplo, desenraiza as plantas cultivadas em campo em uma única medição do tempo no ponto. Essa técnica não é apenas destrutiva, mas o processo de desenraizamento modifica fatores in situ (por exemplo, remove a fundação do solo), o que pode influenciar as medições (por exemplo, medições de ângulo radicular sem o solo).
[005] Uma técnica menos destrutiva fornece uma janela de visualização, tal como um rizotron, para observar as raízes ao longo do tempo. Essa técnica coloca uma barreira transparente no caminho do crescimento de raiz, a fim de ver as raízes que crescem adjacentes à janela de visualização da era do camião rizotron. Essa técnica interfere no ciclo de crescimento natural da planta, pois intencionalmente coloca uma obstrução no caminho natural do desenvolvimento das raízes.
[006] O monitoramento em tempo real da RSA durante a estação de crescimento sem interferir no ciclo de crescimento da planta pode fornecer informações valiosas que podem ser usadas para produzir plantas mais saudáveis e produzir uma cultura mais abundante. Dessa forma, existe um desafio para técnicas melhoradas e não invasivas de monitoramento de fenótipos radiculares, tais como taxa de crescimento, comprimento, ângulo e semelhantes.
[007] A seguir apresenta-se um sumário simplificado de um ou mais aspectos, a fim de fornecer uma compreensão básica de tais exemplos. Esse sumário não é uma visão geral abrangente de todos os exemplos contemplados e não pretende identificar elementos comutador ou críticos de todos os exemplos, nem delinear o escopo de qualquer um ou de todos os exemplos. Sua finalidade é a de apresentar alguns conceitos de um ou mais exemplos de forma simplificada como um prelúdio para a descrição mais detalhada que é apresentada abaixo.
[008] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um sensor eletrônico para detectar uma raiz de uma planta no solo, sendo que o sensor eletrônico compreende: uma primeira placa condutora configurada para ser colocada no solo; um comutador acoplado eletricamente à primeira placa condutora, em que o comutador é configurado para comutar entre um primeiro modo e um segundo modo; uma fonte de alimentação acoplada eletricamente ao comutador, em que a fonte de alimentação é configurada para fornecer uma carga elétrica à primeira placa condutora no primeiro modo do comutador; e um extrator de sinal acoplado eletricamente ao comutador, no qual o extrator de sinal é configurado para extrair uma resposta do sinal na primeira placa condutora no segundo modo do comutador. Em certos exemplos, a presente descrição fornece ainda uma segunda placa condutora configurada para ser colocada no solo estando adjacente e substancialmente em paralelo à primeira placa condutora, em que a segunda placa condutora é acoplada eletricamente ao chão.
[009] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um dispositivo eletrônico para monitorar o crescimento de uma raiz de uma planta em uma localização no solo que compreende: uma estrutura de sustentação adequada para disposição adjacente à localização no solo; e uma pluralidade de sensores eletrônicos afixados à estrutura de sustentação, em que pelo menos um sensor eletrônico da pluralidade de sensores eletrônicos compreende: uma primeira placa condutora configurada para ser colocada no solo; um comutador acoplado eletricamente à primeira placa condutora, em que o comutador é configurado para comutar entre um primeiro modo e um segundo modo; uma fonte de alimentação acoplada eletricamente ao comutador, em que a fonte de alimentação é configurada para fornecer uma carga elétrica à primeira placa condutora no primeiro modo do comutador; e um extrator de sinal acoplado eletricamente ao comutador, em que o extrator de sinal é configurado para extrair uma resposta do sinal na primeira placa condutora no segundo modo do comutador. Em certos exemplos, a presente descrição fornece ainda uma segunda placa condutora configurada para ser colocada no solo estando adjacente e substancialmente em paralelo à primeira placa condutora, em que a segunda placa condutora é acoplada eletricamente ao chão.
[0010] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para monitorar o crescimento de uma raiz da planta através do uso de um dispositivo eletrônico compreendendo um ou mais processadores, memória e uma pluralidade de sensores posicionados ao redor da raiz da planta, sendo que o método compreende: carregar eletricamente, em um sensor dentre a pluralidade de sensores, uma primeira placa condutora configurada para ser colocada no solo a partir de uma fonte de alimentação ao longo de um primeiro tempo predeterminado; desacoplar eletricamente a primeira placa condutora da fonte de alimentação; extrair uma resposta do sinal na primeira placa condutora durante um segundo tempo predeterminado; determinar se uma porção da resposta do sinal excede um valor-limite, em que a presença de uma raiz está associada a uma determinação de que a porção da resposta do sinal excedeu o valor-limite; e armazenar um indicador de presença de raiz na memória de acordo com a porção da resposta do sinal que excede o valor-limite. Em certos exemplos, a presente descrição fornece ainda o aterramento elétrico de uma segunda placa condutora, em que a segunda placa condutora está configurada para ser colocada no solo e está adjacente e substancialmente em paralelo à primeira placa condutora.
[0011] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um meio de armazenamento não transitório legível por computador que compreende um ou mais programas para execução por meio de um ou mais processadores de um dispositivo eletrônico, sendo que um ou mais programas que incluem instruções que, quando executadas por um ou mais processadores, faz o dispositivo: carregar eletricamente, em um sensor dentre a pluralidade de sensores, uma primeira placa condutora configurada para ser colocada no solo a partir de uma fonte de alimentação durante um primeiro tempo predeterminado; desacoplar eletricamente a primeira placa condutora da fonte de alimentação; extrair uma resposta do sinal na primeira placa condutora durante um segundo tempo predeterminado; determinar se uma porção da resposta do sinal excede um valor-limite, em que a presença de uma raiz está associada a uma determinação de que a porção da resposta do sinal excedeu o valor-limite; e armazenar um indicador de presença de raiz em uma memória de acordo com a porção da resposta do sinal que excede o valor-limite. Em certos exemplos, a presente descrição fornece ainda o aterramento elétrico de uma segunda placa condutora, em que a segunda placa condutora é configurada para ser colocada no solo e está adjacente a e substancialmente em paralelo à primeira placa condutora.
[0012] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um dispositivo para monitorar o crescimento de uma raiz da planta compreendendo: uma estrutura de gaiola adequada para a disposição em torno da raiz da planta; uma pluralidade de sensores radiculares afixados à estrutura de gaiola, em que cada sensor radicular da pluralidade é configurado para detectar a presença da raiz da planta; um ou mais processadores configurados para receber dados da pluralidade de sensores radiculares; e uma fonte de alimentação acoplada a um ou mais processadores e à pluralidade de sensores radiculares.
[0013] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um meio de armazenamento não transitório legível por computador compreendendo um ou mais programas para execução por meio de um ou mais processadores de um dispositivo eletrônico, sendo que um ou mais programas que incluem instruções que, quando executadas por um ou mais processadores, faz o dispositivo: receber dados que representam uma entrada de um sensor radicular de uma pluralidade de sensores radiculares, em que a entrada é a partir de uma raiz de planta de uma planta em uma localização no solo e em que a pluralidade de sensores radiculares está posicionada em torno da localização no solo; e determinar uma característica de crescimento de raiz da planta com base nos dados.
[0014] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para monitorar o crescimento de uma raiz de planta por um dispositivo que compreende um ou mais processadores e uma pluralidade de sensores radiculares posicionados ao redor da raiz da planta, sendo que o método compreende: receber dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade, em que a entrada é da raiz da planta; e determinar uma característica de crescimento de raiz da planta com base nos dados.
[0015] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um dispositivo que compreende: uma pluralidade de sensores radiculares; um ou mais processadores; uma memória; e um ou mais programas, em que um ou mais programas são armazenados na memória e configurados para serem executados por meio de um ou mais processadores, sendo que um ou mais programas, incluem instruções para: receber dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade, em que a entrada é de uma raiz da planta; e determinar uma característica de crescimento de raiz da planta com base nos dados.
[0016] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para monitorar o crescimento de uma raiz de planta que compreende: posicionar uma pluralidade de sensores radiculares em torno de uma localização no solo; plantar uma semente em uma localização no solo; depois de a semente ter se tornado uma planta com uma raiz de planta, recebendo dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade, em que a entrada é da raiz da planta; e determinar uma característica de crescimento de raiz da planta com base nos dados.
[0017] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para monitorar o crescimento de uma raiz de planta que compreende: posicionar uma pluralidade de sensores radiculares em torno de uma localização no solo, em que uma planta que produz uma raiz de planta é plantada na localização de solo; receber dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade, em que a entrada é da raiz da planta; e determinar uma característica de crescimento de raiz da planta com base nos dados.
[0018] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para a seleção de uma planta para melhoramento com base em uma característica de crescimento de raiz que compreende: posicionar uma pluralidade de sensores radiculares em torno de uma localização no solo; plantar uma semente em uma localização no solo; depois de a semente ter se tornado uma planta com uma raiz de planta, recebendo dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade, em que a entrada é da raiz da planta; determinar uma característica de crescimento de raiz da raiz da planta com base nos dados; e selecionar a planta para melhoramento com base na característica de crescimento de raiz determinada.
[0019] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para determinar um efeito de uma interação planta-micróbio em uma característica de crescimento de raiz que compreende: posicionar uma pluralidade de sensores radiculares em torno de uma localização no solo; plantar uma primeira semente em uma localização no solo; inocular a localização no solo com um primeiro micróbio ou comunidade de micróbios; após a primeira semente ter se tornado uma primeira planta com uma primeira raiz de planta, e após uma interação planta- micróbio ser estabelecida entre a primeira planta e o primeiro micróbio: receber dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade, em que a entrada é da primeira raiz da planta; determinar uma primeira característica de crescimento de raiz da primeira raiz da planta com base nos dados; determinar uma característica de crescimento de raiz de referência de uma raiz de planta de referência a partir de uma planta de referência da mesma espécie que a primeira planta; e determinar o efeito da interação planta-micróbio na primeira característica de crescimento de raiz comparando a primeira característica de crescimento de raiz com a característica de crescimento de raiz de referência.
[0020] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para determinar um efeito de uma interação planta-micróbio em uma característica de crescimento de raiz que compreende: posicionar uma pluralidade de sensores radiculares em torno de uma localização no solo; inocular uma primeira semente com um primeiro micróbio ou comunidade de micróbios; plantar a primeira semente em uma localização no solo; após a primeira semente ter se tornado uma primeira planta com uma primeira raiz de planta, e após uma interação planta-micróbio ser estabelecida entre a primeira planta e o primeiro micróbio ou comunidade de micróbios: receber dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade, em que a entrada é da primeira raiz da planta; determinar uma primeira característica de crescimento de raiz da primeira raiz da planta com base nos dados; determinar um característica de crescimento de raiz de referência de uma raiz de planta de referência a partir de uma planta de referência da mesma espécie como a primeira planta; e determinar o efeito da interação planta-micróbio na primeira característica de crescimento de raiz, comparando a primeira característica de crescimento de raiz à característica de crescimento de raiz de referência.
[0021] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para monitorar um organismo do solo que compreende: posicionar uma pluralidade de sensores radiculares em torno de uma localização no solo; plantar uma semente em uma localização no solo; após a semente ter se tornado uma planta com uma raiz de planta, e depois que o organismo do solo invadiu a localização no solo, recebendo dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade; com base nos dados, determinar se a entrada é da raiz da planta ou do organismo do solo; e de acordo com a determinação de que a entrada é do organismo do solo: monitorar o organismo do solo com base nos dados.
[0022] Em alguns exemplos, a presente descrição fornece um método para monitorar um organismo do solo que compreende: posicionar uma pluralidade de sensores radiculares ao redor de uma localização no solo, em que uma planta com uma raiz de planta é plantada em uma localização no solo e em que o organismo do solo invadiu a localização no solo; receber dados que representam uma entrada de um sensor radicular da pluralidade; com base nos dados, determinar se a entrada é da raiz da planta ou do organismo do solo; e de acordo com a determinação de que a entrada é do organismo do solo: monitorar o organismo do solo com base nos dados.
[0023] Deve ser entendido que uma, algumas ou todas as propriedades dos vários exemplos descritos acima e aqui podem ser combinadas para formar outros exemplos da presente invenção. Esses e outros aspectos da invenção se tornarão aparentes para um especialista na técnica. Esses e outros exemplos da invenção são ainda descritos pela descrição detalhada que se segue.
[0024] De modo a melhor compreender os vários exemplos descritos, deve-se fazer referência à descrição abaixo, em conjunto com as seguintes figuras, nas quais os números de referência semelhantes se referem a partes correspondentes em todas as figuras.
[0025] A Figura 1 é um diagrama que ilustra um exemplo de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva.
[0026] As Figuras 2A e 2B são diagramas que ilustram uma vista de topo e uma vista isométrica de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva com placas condutoras.
[0027] As Figuras 3A e 3B são diagramas que ilustram um exemplo de seções transversais de placas condutoras inclinadas em ângulo oblíquo em relação à base de uma raiz.
[0028] As Figuras 4A e 4B são diagramas de circuito que ilustram um exemplo de um sensor de contato radicular configurado para determinar se uma raiz está em contato com a placa condutora radicular.
[0029] As Figuras 5A a 5C são diagramas que ilustram um exemplo de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva com uma pluralidade de placas condutoras que contornam uma planta em vários estágios de crescimento de um sistema radicular da planta ao longo do tempo.
[0030] A Figura 6A é um diagrama que ilustra uma vista lateral de uma porção de um arranjo de sensores para um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva com uma pluralidade de placas condutoras paralelas.
[0031] A Figura 6B é um diagrama que ilustra uma vista isométrica de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva com uma porção de um arranjo de sensores e uma pluralidade de placas condutoras paralelas treliçadas entre as sustentações circulares.
[0032] As Figuras 7A e 7B são diagramas de circuito que ilustram um exemplo de um sensor de proximidade radicular em uma situação em que uma raiz está ausente entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora.
[0033] As Figuras 8A e 8B são diagramas de circuito que ilustram um exemplo de sensor de proximidade radicular em uma situação em que uma raiz está entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora.
[0034] As Figuras 9A e 9B são diagramas de circuito que ilustram um exemplo de um sensor de proximidade radicular configurado para determinar se uma raiz está entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora nas situações em que uma raiz interfere em pelo menos uma placa condutora.
[0035] As Figuras 10A a 10C são diagramas que ilustram um exemplo de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva com uma pluralidade de sensores de proximidade ao redor de uma planta em vários estágios de crescimento de um sistema radicular da planta ao longo do tempo.
[0036] A Figura 11 é um diagrama que ilustra uma vista isométrica de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva com um arranjo de sensores de proximidade com uma pluralidade de sensores de proximidade treliçados em uma estaca.
[0037] A Figura 12 é um diagrama de fluxo de dados conceitual que ilustra o fluxo de dados entre diferentes meios/componentes em um dispositivo de fenotipagem radicular.
[0038] A Figura 13 é um fluxograma de um dispositivo de fenotipagem de plantas com uma pluralidade de sensores para detectar raízes e determinar traços radiculares.
[0039] A descrição detalhada apresentada abaixo, em conexão com os desenhos anexos, pretende ser uma descrição de várias configurações e não pretende representar as únicas configurações em que os conceitos conforme descritos no presente documento podem ser praticados. A descrição detalhada inclui detalhes específicos com o propósito de fornecer uma compreensão completa de vários conceitos. Contudo, será evidente para os especialistas na técnica que estes conceitos podem ser praticados sem esses detalhes específicos. Em algumas situações, estruturas e componentes bem conhecidos são mostrados em forma de diagrama de blocos para evitar obscurecer tais conceitos.
[0040] Exemplos de detecção de raízes para monitorar o crescimento de uma raiz de planta serão agora apresentados com relação a vários dispositivos e métodos eletrônicos. Esses dispositivos e métodos eletrônicos serão descritos na descrição detalhada a seguir e ilustrados no desenho em anexo por meio de vários blocos, compo-nentes, circuitos, etapas, processos, algoritmos, etc. (coletivamente denominados de "elementos"). Esses elementos podem ser implemen-tadosatravés do uso de hardwareeletrônico, software de computador ou qualquer combinação dos mesmos. Se esses elementos são implementados como hardware ou software depende do pedido especí-fico e das limitações impostas ao projeto no sistema geral.
[0041] A título de exemplo, um elemento, qualquer porção de um elemento ou qualquer combinação de elementos podem ser implementadas através do uso de um ou mais processadores. Exemplos de processadores incluem microprocessadores, microcontroladores, unidades de processamento gráfico (GPUs), unidades centrais de processamento (CPUs), processadores de aplicativos, processadores de sinais digitais (DSPs), processadores de computador com um conjunto reduzido de instruções (RISC), processadores de sistemas em um chip (SoC), Arranjos de portas programáveis em campo (FPGAs), dispositivos lógicos programáveis (PLDs), máquinas de estado, porta lógica, circuitos de hardware discretos e outro hardware adequado configurado para realizar as várias funcionalidades descritas ao longo dessa descrição. Um ou mais processadores no sistema de processamento podem executar softwares. O software deve ser interpretado de forma ampla para que se entenda as instruções, os conjuntos de instruções, o código, os segmentos de código, o código de programa, os programas, os subprogramas, os componentes de software, os aplicativos, os aplicativos de software, os pacotes de software, as rotinas, as sub-rotinas, os objetos, os executáveis, as linhas de execução, os procedimentos, as funções, etc., sejam eles referidos como software, firmware, middleware, microcódigo, linguagem de descrição de hardware ou outros.
[0042] Desse modo, em um ou mais exemplos, as funções descritas podem ser implementadas em hardware, software ou qualquer combinação dos mesmos. Se implementadas no software, as funções podem ser armazenadas ou codificadas como uma ou mais instruções ou código em um meio legível por computador. Os meios legíveis por computador podem incluir meios de armazenamento transitório ou não transitório por computador para transportar ou ter instruções executá-veis por computador ou estruturas de dados armazenadas nos mesmos. Tanto os meios de armazenamento transitórios quanto os não transitó-rios podem ser quaisquer meios disponíveis que possam ser acessados por um computador como parte do sistema de processamento. A título de exemplo, e não limitativo, esses meios legíveis por computador podem compreender uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória de apenas leitura (ROM), uma ROM programável elétrica-menteapagável (EEPROM), armazenamento em disco óptico, armazenamento em disco magnético, outros dispositivos de armazena-mentomagnético, combinações dos tipos de meios legíveis por computador anteriormente mencionados ou qualquer outro meio que possa ser usado para armazenar o código executável por computador sob a forma de instruções ou de estruturas de dados que possam ser acessadas por um computador. Além disso, quando as informações são transferidas ou fornecidas por uma rede ou outra conexão de comunicações (conectada diretamente, sem fio, celular ou uma combi-nação dos menos) para um computador, o computador ou sistema de processamento determina adequadamente a conexão como um meio transitório ou não transitório legível por computador, dependendo do meio específico. Desse modo, qualquer conexão deste tipo é apropria-damente denominada de meio legível por computador. As combinações dos itens acima também devem ser incluídas no escopo dos meios legíveis por computador. Os meios não transitórios legíveis por computador excluem os sinais por si e a interface aérea.
[0043] A presente descrição fornece um dispositivo eletrônico para detectar e/ou monitorar o crescimento de uma raiz da planta. O dispositivo eletrônico inclui uma estrutura de sustentação (por exemplo, estrutura de gaiola) adequada para disposição adjacente à localização no solo. O dispositivo eletrônico inclui ainda uma pluralidade de sensores eletrônicos treliçados na estrutura de sustentação. Alguns da pluralidade de sensores eletrônicos são sensores de contato radiculares e alguns são sensores de proximidade radicular. O sensor de contato radicular inclui um comutador acoplado eletricamente a uma primeira placa condutora (por exemplo, sensor de contato), um extrator de sinal (por exemplo, divisor de tensão, conversor analógico-digital) e uma fonte de alimentação (por exemplo, fonte de tensão ou corrente). O comutador é configurado para acoplar eletricamente a fonte de alimentação à primeira placa condutora em um primeiro modo e acoplar eletricamente o extrator de sinal à primeira placa condutora em um segundo modo.
[0044] No segundo modo, o extrator de sinal recebe uma resposta do sinal da primeira placa condutora após ser carregado pela fonte de alimentação no primeiro modo. Um microcontrolador recebe a resposta do sinal e compara com as respostas de sinal da linha de base armazenadas na memória. Nas situações em que uma raiz não está tocando fisicamente a primeira placa condutora, a resposta do sinal da primeira placa condutora é característica da resposta do sinal da linha de base para que nenhuma raiz interfira na primeira placa condutora. Nas situações em que uma raiz está tocando fisicamente a primeira placa condutora, a resposta do sinal da primeira placa condutora é característica da resposta do sinal da linha de base para que uma raiz interfira na primeira placa condutora.
[0045] O sensor de proximidade radicular inclui uma primeira placa condutora e uma segunda placa condutora, que é acoplada elétricamente ao chão. O sensor de proximidade é um comutador acoplado eletricamente a uma primeira placa condutora, um extrator de sinal (por exemplo, divisor de tensão, conversor analógico-digital) e uma fonte de alimentação (por exemplo, fonte de tensão ou corrente). O comutador do sensor de proximidade é configurado para acoplar eletricamente a fonte de alimentação à primeira placa condutora em um primeiro modo e acoplar eletricamente o extrator de sinal à primeira placa condutora em um segundo modo.
[0046] Para o sensor de proximidade radicular, a primeira placa condutora e a segunda placa condutora estão substancialmente em paralelo e acopladas eletricamente através da impedância do solo. Perturbações na impedância no solo entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora causam uma resposta do sinal na primeira placa condutora quando o comutador está no segundo modo. Um microcontrolador recebe a resposta do sinal do extrator de sinal e a compara com as respostas do sinal da linha de base armazenadas na memória. Nas situações em que uma raiz não está fisicamente entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora, a resposta do sinal da primeira placa condutora é característica da resposta do sinal da linha de base para a ausência de raiz entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora. Nas situações em que uma raiz está fisicamente entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora, a resposta do sinal a partir da primeira placa condutora é característica da resposta do sinal da linha de base para uma raiz entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora. Nas situações em que uma raiz está tocando fisicamente a primeira placa condutora, a resposta do sinal da primeira placa condutora é característica da resposta do sinal da linha de base para uma raiz que interfere na primeira placa condutora.
[0047] Os sensores e dispositivos eletrônicos da presente descrição implementam técnicas de fenotipagem radicular não invasiva, tais como as técnicas para monitorar o crescimento de uma raiz de planta, técnicas para selecionar uma planta para melhoramento com base em uma característica de crescimento de raiz, técnicas para determinar o efeito de uma interação planta-micróbio sobre uma característica de crescimento de raiz e/ou técnicas para monitorar um organismo do solo. Essas técnicas descritas aqui permitem monitorar o crescimento de raiz da planta in situ enquanto a planta está crescendo, fornecer uma melhor resolução de monitoramento da RSA do que os dispositivos existentes (por exemplo, minirrizotron) e fornecer uma solução de baixo custo que seja adequada para uso em campo com interferência mínima no crescimento das plantas.
[0048] A Figura 1 é um diagrama que ilustra um exemplo de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100. O dispositivo de fenotipagem radicular 100 inclui uma estrutura de sustentação adequada para disposição em uma localização no solo adjacente a uma planta 140. Nesse exemplo, a estrutura de sustentação é uma estrutura de gaiola 120 com sustentação circular superior 122A, sustentações circulares intermediárias 122B e sustentações circulares inferiores 122C conectadas verticalmente à sustentação vertical estendida 114 e às sustentações verticais 110 que formam uma rede dorsal para a estrutura de sustentação.
[0049] É previsto que sustentações circulares adicionais 122A, 122B, 122C podem ser adicionadas a uma estrutura de gaiola desejada 120. Por exemplo, uma estrutura de gaiola pode incluir 1 ou mais, 2 ou mais, 3 ou mais, 4 ou mais , 5 ou mais, 6 ou mais, 7 ou mais, 8 ou mais, 9 ou mais, 10 ou mais, 11 ou mais, ou 12 ou mais, etc. de sustentações circulares 122A, 122B, 122C. O número de sustentações circulares 122A, 122B, 122C a serem utilizadas pode ser influenciado, por exemplo, por um espaçamento e/ou densidade desejados das sustentações circulares da gaiola 122A, 122B, 122C; um tamanho, formato e/ou complexidade da RSA a ser monitorada; o formato e/ou configuração do dispositivo; um número de entradas que podem ser alojadas por meio de um microcontrolador da presente descrição; e assim por diante. Do mesmo modo, a estrutura da gaiola 120 pode ser um trado ou incluir uma pá helicoidal afixada à estrutura da gaiola 102 para facilitar a escavação da estrutura da gaiola 120 no solo ao redor da planta.
[0050] Em alguns exemplos, a estrutura de gaiola 120 é feita de qualquer material que resista à deformação após a inserção em um tipo de solo desejado sem afetar a saúde e o crescimento da planta 140. Por exemplo, o material da estrutura da gaiola 120 pode ser de metais (por exemplo, aço galvanizado, aço inoxidável), plástico (por exemplo, bioplásticos) e semelhantes. Em alguns exemplos, a estrutura da gaiola 120 é feita a partir de material biodegradável e/ou compostável, tal como ácido polilático (PLA), poli-3-hidroxibutirato (PHB), poli-hidroxialca- noatos (PHA) e semelhantes. Em algumas situações, uma impressora 3D pode ser utilizada para construir a estrutura da gaiola 120 através do uso de um termoplástico adequado (por exemplo, PLA, etc.). Em algumas situações, a estrutura de gaiola 120 pode ser moldada por injeção através do uso de um termoplástico adequado (por exemplo, PLA, etc.).
[0051] O dispositivo de fenotipagem radicular 100 inclui ainda uma pluralidade de placas condutoras 126 afixadas à estrutura de sustentação (por exemplo, estrutura de gaiola 120). Por exemplo, a pluralidade de placas condutoras 126 pode ser treliçada a uma sustentação circular superior 122A, uma sustentação circular intermediária 122B e uma sustentação circular inferior 122C, como mostrado na Figura 1. Em algumas situações, a pluralidade de placas condutoras 126 pode ser treliçada na sustentação vertical estendida 114 e sustentações verticais 110 que fornecem uma posição relativamente fixa durante a inserção em uma localização no solo e operação subsequente. Em algumas situações, uma ou mais da pluralidade de placas condutoras 126 podem ser fornecidas em uma malha e posicionadas entre as sustentações verticais 110 e as sustentações circulares 122A, 122B, 122C. Cada uma das pluralidades das placas condutoras 126 é acoplada eletricamente (por exemplo, através de interconexões com fios) a um controlador 130 (por exemplo, microcontrolador) que é configurado para determinar se uma raiz toca fisicamente um sensor de contato.
[0052] Como mostrado na Figura 1, o dispositivo de fenotipagem radicular 100 inclui um eletrodo 138 que está acoplado eletricamente ao controlador 130. O eletrodo 138 é uma haste eletricamente condutora que é inserida no solo para fornecer um bom acoplamento elétrico para a ligação à terra. Em alguns exemplos, o eletrodo 138 é feito de um metal não reativo (por exemplo, aço inoxidável) ou um metal altamente condutivo (por exemplo, cobre).
[0053] Em alguns exemplos, pelo menos uma dentre a pluralidade de placas condutoras 126 é uma peça de um sensor radicular que é configurado para detectar uma alteração na impedância entre o solo e uma raiz causada por contato físico com uma raiz 142 da planta. 140. Em algumas situações, o sensor radicular detecta uma mudança na capacitância entre o solo e pelo menos uma dentre a pluralidade de placas condutoras 126, uma vez que uma raiz 142 contata fisicamente pelo menos uma dentre a pluralidade de placas condutoras 126. Em algumas situações, o sensor radicular detecta uma mudança na resistência entre o solo e pelo menos uma dentre a pluralidade de placas condutoras 126 uma vez que uma raiz 142 contata fisicamente pelo menos uma dentre a pluralidade de placas condutoras 126.
[0054] Como mostrado na Figura 1, o controlador 130 inclui uma unidade de comunicações (por exemplo, antena 108, porta de E/S para cabo 106) configurada para transmitir dados dos sensores para um dispositivo móvel 154 (por exemplo, telefone inteligente, computador do tipo tablet, computador pessoal). Em algumas situações, a unidade de comunicações pode transmitir dados dos sensores através do cabo 106 para um dispositivo móvel 154. Em algumas situações, o cabo 106 é um cabo serial com conectores apropriados para fazer interface com a unidade de comunicação do controlador 130 e o dispositivo móvel 154. Em tal situação, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor serial, etc.) para transmitir e receber comunicações seriais. Em alguns exemplos, a unidade de comunicações pode incluir uma antena 108 e circuitos configurados para transmitir dados dos sensores sem fio (por exemplo, Bluetooth, WiFi) para o dispositivo móvel 154. Nessa situação, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor de Bluetooth, transceptor de WiFi, etc.) para transmitir e receber comunicações seriais através de protocolos sem fio. Em alguns exemplos, a unidade de comunicações pode incluir uma antena 108 e circuitos configurados para transmitir dados dos sensores através de uma rede celular (por exemplo, 3G, 4G, LTE) para a torre celular ou dispositivo móvel 154. Nessa situação, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor 3G, transceptor 4G, transceptor LTE, etc.) para transmitir e receber comunicações através de protocolos celulares.
[0055] O dispositivo de fenotipagem radicular 100 também pode incluir um ou mais sensores (por exemplo, sensor de solo 134, sensor de ambiente 136) associados a qualquer aspecto desejado da planta 140, a localização no solo e/ou uma ou mais condições acima do solo na ou perto da localização no solo. Em geral, o sensor de solo 134 está localizado dentro do solo ou na interface ar/solo e o sensor de ambiente 136 está localizado acima do solo ou na interface ar/solo. Por exemplo, o sensor de solo 134 pode ser configurado para determinar um ou mais níveis de nutrientes (por exemplo, fósforo, nitrogênio, oxigênio, umidade do solo, temperatura, umidificação, pH, etc.) do solo situado na localização da planta ou próximo a ela. Em algumas situações, o sensor de solo 134 é um sensor de nutrientes. Em algumas situações, o sensor de solo 134 é um sensor de umidade do solo, um sensor de umidificação ou um sensor de temperatura.
[0056] O sensor de ambiente 136 é configurado para determinar uma ou mais condições do meio ambiente/ambientais acima do solo. Em alguns exemplos, o sensor de ambiente 136 é configurado para determinar uma ou mais condições do meio ambiente (por exemplo, umidade, temperatura, luz, etc.) associadas à planta. Em algumas situações, o sensor de ambiente 136 é um sensor de temperatura ou um sensor de umidade. Em algumas situações, o sensor de ambiente 136 é um sensor de chuva ou um sensor de luz. Tanto o sensor de solo 134 quanto o sensor de ambiente 136 fornecem informações in situ relativas a locais de campo localizados (por exemplo, relacionados com a dessecação do solo e/ou retenção de fertilizante). Essas informações ajudam os melhoristas e produtores a direcionar a irrigação e/ou fertilizante para locais de campo específicos, o que fornece economia de custos e energia.
[0057] A energia fornecida ao controlador 130 do dispositivo de fenotipagem radicular 100 inclui uma ou mais fontes de alimentação. Por exemplo, como mostrado na Figura 1, o dispositivo de fenotipagem radicular 100 pode incluir célula solar 132 afixada à sustentação vertical estendida 114 para fornecer energia elétrica ao controlador 130. Outras fontes de alimentação adequadas podem incluir uma ou mais células solares, uma ou mais baterias ou qualquer combinação das mesmas (por exemplo, célula solar 132 configurada para carregar uma bateria). Em alguns exemplos, o controlador 130 da presente descrição possui tanto o modo ativo quanto o desligado, que fornecem a modulação do consumo de energia.
[0058] As Figuras 2A e 2B são diagramas que ilustram uma vista de topo e uma vista isométrica de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100 com placas condutoras 126. Como mostrado na Figura 2B, as sustentações circulares 122A, 122B, 122C estão dispostas em paralelo e separadas entre si ao longo do eixo geométrico z. A sustentação circular 122A corresponde a um anel superior da estrutura da gaiola 120 (p.ex., primeira fila), as sustentações circulares 122B correspondem a um anel intermediário da estrutura da gaiola 120 (p.ex., primeira fila) e a sustentação circular 122C corresponde a um anel inferior da estrutura da gaiola 120 (por exemplo, terceira fila). Cada sustentação circular 122A, 122B, 122C inclui uma pluralidade de placas condutoras 126 que estão dispostas em uma localização espacial fixa no plano x-y sobre ou ao redor da superfície do anel. Cada sensor radicular é designado a uma localização com um identificador distinto que é mapeado espacialmente para o controlador 130. Por exemplo, a pluralidade de placas condutora 126 são designadas 126A1 a 126A8, 126B1 a 126B8, 126C1 a 126C8 etc., em que "A", " B, "e" C "correspon-demàs linhas e "1" a "8"corresponde às colunas. A localização física de cada sensor eletrônico designado 126A1 a 126A8, 126B1 a 126B8, 126C1 a 126C8 pode ser facilmente determinada e mapeada espacial-mente para o controlador 130.
[0059] Em alguns exemplos, uma ou mais das sustentações (por exemplo, sustentações verticais 110 e sustentação vertical estendida 114) são removíveis (por exemplo, sustentação vertical 114). Como mostrado na Figura 2B, as sustentações 110 foram removidas. Em alguns exemplos, a sustentação vertical extensível 114 é uma haste removível e/ou extensível que desliza para dentro da estrutura da gaiola 120. Nesse caso, os elementos da sustentação vertical extensível 114 são afixados a mesma podem ser removidos do solo e do resto do dispositivo de fenotipagem radicular 100. Além disso, o aspecto removível facilita que o microcontrolador 130, o painel solar 132, o sensor de solo 134 e o sensor de ambiente 136 sejam removidos (por exemplo, no final de uma estação de crescimento). Deve ser notado que cada componente, uma vez removido, pode ser reutilizado para outra planta ou estação de crescimento.
[0060] Deve ser notado que a estrutura de sustentação pode ser construída para acomodar outras posições espacialmente viáveis para placas condutoras 126. Por exemplo, em algumas situações, a estrutura de sustentação pode ser afilada de modo que as posições da coluna das placas condutoras 126 em um anel adjacente são verticalmente enviesadas (por exemplo, posicionados em uma posição x, y e z diferente). Em algumas situações, a estrutura de sustentação pode contornar a superfície de uma esfera, cone, cilindro, etc.
[0061] As Figuras 3A e 3B são diagramas que ilustram um exemplo de seções transversais de placas condutoras 126 inclinadas em ângulos oblíquos em relação à base de uma raiz 142. O sensor radicular está situado em um declive da direção +y (por exemplo, eixo geométrico y) em direção à direção +z (por exemplo, eixo geométrico z) em relação a uma base lateral (plano x-y) da raiz 142. Essa configuração é menos invasiva para a planta 140, já que as raízes 142 são naturalmente anguladas com relação à base da raiz 142. Conceitualmente, o ângulo oblíquo (por exemplo, θ1, θ2) é ligeiramente angulado para baixo (por exemplo, em direção ao eixo geométrico z) a partir do ângulo radicular (por exemplo, α1, α2). Isso fornece uma área de superfície maior ao longo do ponto de contato 342 com as placas condutoras 126. Por exemplo, a raiz 142 mostrada na Figura 3A tem raízes rasas com um ângulo radicular α1 a partir da direção lateral (por exemplo, eixo geométrico y) e a placa condutora 126 está situada em um ângulo θ1, que é maior do que o ângulo radicular α1. Essa configuração reduz a área de obstrução da raiz 142 enquanto fornece uma maior área de superfície para a raiz crescer ao longo da superfície 342 da placa condutora 126. Igualmente, a raiz 142 mostrada na Figura 3B tem raízes rasas com um ângulo radicular α2 a partir da direção lateral (por exemplo, eixo geométrico y) e a placa condutora 126 está situada em um ângulo de θ2, que é maior do que o ângulo radicular α2.
[0062] Em geral, o ângulo radicular α2 mostrado na Figura 3B é para raízes profundas que estão situadas abaixo das raízes rasas com um ângulo radicular α1 mostrado na Figura 3A. Dessa forma, a estrutura de sustentação (por exemplo, estrutura de gaiola 120) do dispositivo de fenotipagem 100 pode afixar a pluralidade de placas condutoras 126 em vários ângulos oblíquos. Em alguns exemplos, os ângulos oblíquos da placa condutora 126 variam de acordo com a profundidade (por exemplo, eixo geométrico z). Em alguns exemplos, os ângulos oblíquos da placa condutora 126 perto da superfície são menores ou iguais aos ângulos oblíquos da placa condutora 126 situada verticalmente mais abaixo. Em alguns exemplos, os ângulos oblíquos da placa condutora 126 perto da superfície são maiores do que os ângulos oblíquos da placa condutora 126 situada verticalmente mais abaixo.
[0063] Como mostrado nas Figuras 3A e 3B a pluralidade de placas condutoras 126 estão afixadas à estrutura de sustentação 325. A estrutura de sustentação pode ser posicionada entre as sustentações verticais 110 (ou a sustentação vertical estendida 114) e as sustentações laterais (por exemplo, sustentações circulares 122A, 122B, 122C). A estrutura de sustentação pode ser feita de material biodegradável e/ou compostável, como algodão, bambu, tecido de proteína de soja, lã, tencel, madeira, ácido polilático (PLA), poli-3- hidroxibutirato (PHB), poli-hidroxialcanoatos (PHA) e semelhante. A estrutura de sustentação pode ser feita de um metal não reativo (por exemplo, aço inoxidável) ou de um metal altamente condutor (por exemplo, cobre, aço galvanizado, etc.). Deve ser notado que as placas condutoras 126 são eletricamente isoladas do metal não reativo ou metal altamente condutor. Em alguns exemplos, a estrutura de sustentação 325 é uma malha que pode ser feita de fios (por exemplo, cordas, filamentos ou arame) contornando espaços abertos. Os espaços abertos fornecem um caminho para as raízes 142 crescerem sem obstrução.
[0064] As Figuras 4A e 4B são diagramas de circuito que ilustram um exemplo de um sensor de contato radicular 400 configurado para determinar se uma raiz 142 está em contato com a placa condutora radicular 126. O sensor de contato radicular 400 inclui um comutador 406 acoplado eletricamente a uma primeira placa condutora 452, uma fonte de alimentação 402, um extrator de sinal 404 e um microprocessador 410. A primeira placa condutora 452 é uma placa eletricamente condutora situada no solo. A primeira placa condutora 452 pode ser feita de um metal não reativo (por exemplo, aço inoxidável) ou de um metal altamente condutor (por exemplo, cobre, aço galvanizado, etc.). Como mostrado na Figura 1, um eletrodo 138 é inserido no solo para fornecer um bom acoplamento elétrico para ligação à terra. Dessa forma, a impedância do solo 416 fornece um conduto para as cargas fluírem da primeira placa condutora 452 através do solo para um eletrodo 138. A carga aplicada à primeira placa condutora 452 pode acumular-se ou dissipar-se dependendo das propriedades elétricas (por exemplo, impedância 416) do solo. Por exemplo, para solos úmidos e salgados a impedância pode ser baixa (por exemplo, resistividade ~ 10 Q-m), e para solos secos a impedância pode ser alta (por exemplo, resistividade ~ 1 kQ-m). Da mesma forma, para solos muito secos, a impedância pode ser ainda maior (por exemplo, a resistividade variando entre 1 kQ-m a 10 kQ-m).
[0065] Deve ser notado que a ligação à terra e a ligação à massa podem ter diferentes potenciais de tensão (por exemplo, V-Ten-a # VMassa). Ou seja, mesmo nas situações em que um fio elétrico causa um curto circuito da ligação à massa para a ligação à terra, a conexão do fio elétrico tem uma impedância de linha diferente de zero 422. Em algumas situações de aterramento deficiente, o eletrodo 138 pode ser posicionado na ligação à massa em vez da ligação à terra mostrada nas Figuras 4A e 4B.
[0066] O comutador 406 está configurado para comutar entre um primeiro modo e um segundo modo. No primeiro modo, a fonte de alimentação 402 é habilitada para fornecer uma carga elétrica à primeira placa condutora 452. Conforme mostrado na Figura 4A, a fonte de alimentação 402 é acoplada eletricamente à primeira placa condutora 452. Nessa configuração, uma carga (por exemplo, potencial de tensão) se acumula devido à impedância diferente de zero (por exemplo, resistividade) entre a primeira placa condutora 452 e o eletrodo 138. No segundo modo, o extrator de sinal 404 é habilitado para capturar a resposta do sinal. Nessa configuração, a fonte de alimentação 402 é eletricamente desconectada da primeira placa condutora 452, e o extrator de sinal 404 é acoplado eletricamente à primeira placa condutora 452. Por sua vez, a carga se dissipa com o tempo à medida que os elétrons fluem da ligação à terra do eletrodo 138 através do solo para a primeira placa condutora 452.
[0067] Em alguns exemplos, o comutador 406 pode ser um multiplexador que é acoplado eletricamente ao e controlado pelo microcontrolador 410. Um multiplexador facilita o acoplamento elétrico a uma pluralidade de placas condutoras 126 para compartilhar saídas (por exemplo, acoplamento elétrico à fonte de alimentação 402 e ao extrator de sinal 404). Por exemplo, o microcontrolador 410 do dispositivo de fenotipagem radicular 100 pode incluir linhas de controle 420 para controlar a comutação de um multiplexador (por exemplo, comutador 406) que acopla eletricamente uma pluralidade de placas condutoras 126 a uma única fonte de alimentação 402 ou que acopla eletricamente uma pluralidade de placas condutoras 126 a um único extrator de sinal 404. Em alguns exemplos, o comutador 406 é um relé que é acoplado eletricamente ao e controlado pelo microcontrolador 410.
[0068] O extrator de sinal 404 é configurado para extrair (por exemplo, capturar) uma resposta do sinal na primeira placa condutora 452. No segundo modo do comutador 406, o extrator de sinal 404 captura a tensão na primeira placa condutora 452 ao longo do tempo enquanto a carga se dissipa, o que produz uma resposta do sinal proporcional às propriedades elétricas do solo (por exemplo, impedân- cia do solo 416). Em alguns exemplos, o extrator de sinal é um divisor de tensão, em que a tensão extraída é uma razão de impedâncias (por exemplo, Vo=Zi/(Zi+Z2)*Vin). Em alguns exemplos, o extrator de sinal 404 é um conversor analógico-digital (ADC) configurado para converter a resposta do sinal em equivalentes digitais. Nesse exemplo, o ADC pode ser configurado para capturar digitalmente a resposta do sinal. Deve ser notado que o sinal extraído (por exemplo, tensão) do ADC está em relação a ligação à massa do controlador 130, o que é comum a uma pluralidade de placas condutoras.
[0069] Em alguns exemplos, o extrator de sinal 404 pode ser configurado para armazenar a resposta do sinal extraído em um meio/memória legível por computador 408 em intervalos predetermin-ados (por exemplo, periódicos). Por exemplo, em algumas situações, o extrator de sinal 404 pode armazenar uma resposta do sinal a cada cinco minutos que pode ser agregada ou recuperada para pós- processamento.
[0070] O sensor de contato radicular 400 pode ainda incluir um microcontrolador 410 configurado para receber um sinal de resposta em bruto do extrator de sinal 404. Como mostrado na Figura 4A, o microcontrolador 410 inclui um processador de sinal 412 que recebe e condiciona o sinal de resposta em bruto adequado para comparação. Por exemplo, o sinal de resposta em bruto pode ter ruído de alta frequência e o processador de sinal 412 pode aplicar um filtro passa- baixa (por exemplo, filtro Butterworth, filtro Chebyshev, filtro Cauer, etc.) para condicionar a resposta do sinal.
[0071] O processador de sinal 412 também é configurado para recuperar uma resposta do sinal da linha de base do meio/memória legível por computador 408 e comparar porções da resposta do sinal a porções da resposta do sinal da linha de base. Uma resposta do sinal de referência é uma resposta do sinal do sensor de contato radicular 400 sob condições semelhantes às condições no local da planta. Por exemplo, em um caso, o sensor de solo 134 pode detectar a resistividade do solo a uma temperatura designada. Por sua vez, o processador de sinal 412 pode recuperar do meio/memória legível por computador 408 (por exemplo, consultar um banco de dados) um sinal de resposta de linha de base para um solo que tenha resistividade e temperatura semelhantes para comparar com a resposta do sinal condicionado. Deve ser notado que as características adicionais do solo também podem ser aplicadas ao determinar um sinal de resposta de linha de base, como salinidade, aeração, etc. Em alguns exemplos, o sensor do solo 134 é um sensor de umidade do solo ou um sensor de temperatura acoplado eletricamente ao microcontrolador 410. Em alguns exemplos, o sensor de ambiente 136 é um sensor de umidade ou um sensor de temperatura acoplado eletricamente ao microcontrolador 410.
[0072] Em alguns exemplos, o sinal de resposta de linha de base é determinado a partir de sinais de resposta agregados das placas condutoras 126. Por exemplo, nos estágios iniciais do crescimento da planta (por exemplo, antes do desenvolvimento da raiz), amostras de resposta do sinal podem ser armazenadas e agregadas com base nas características do solo. Em geral, a resposta do sinal da linha de base é representativa de uma resposta do sinal da placa condutora 126 no solo sem uma raiz 142 que está em contato com a primeira placa condutora 452 sob condições similares (por exemplo, salinidade, resistividade, temperatura, aeração, etc.).
[0073] O microcontrolador 410 inclui um determinador 414 que compara a resposta do sinal condicionado à resposta do sinal da linha de base para determinar se uma raiz 142 está presente. Como mostrado na Figura 4A, a raiz 142 está próxima da primeira placa condutora 452, mas não contata fisicamente a placa condutora 354. Dessa forma, a carga na primeira placa condutora 452 não é distribuída na raiz 142, o que fornece caminhos elétricos adicionais (por exemplo, impedância radicular 418) para dissipação. Em vez disso, a carga está confinada à primeira placa condutora 452 para a dissipação através do solo (por exemplo, impedância do solo) à primeira placa condutora 452. A dissipação da carga tem um perfil de resposta do sinal característico que é suficientemente semelhante a uma resposta do sinal da linha de base.
[0074] O determinador 414 compara o sinal condicionado com o sinal da linha de base. No exemplo mostrado na Figura 4A, o determinador 414 determina que nenhuma raiz 142 é detectada porque o sinal de resposta condicionado é suficientemente semelhante à resposta do sinal da linha de base (por exemplo, resposta do sinal sem uma raiz presente). Em alguns exemplos, o determinador 414 é um comparador digital configurado para determinar se a diferença entre porções da resposta do sinal condicionado e porções da resposta do sinal da linha de base excedem um valor-limite. Em uma situação, uma porção da resposta do sinal da linha de base pode ser um pico (por exemplo, valor máximo ou relativamente máximo) que corresponde a um pico (por exemplo, valor máximo ou relativamente máximo) da resposta do sinal condicionado. Em tal caso, o determinador 414 pode determinar que nenhuma raiz é detectada por um pico da resposta do sinal condicionado que excede um valor-limite (por exemplo, 90% do pico a partir do sinal da linha de base).
[0075] Como mostrado na Figura 4B, a raiz 142 está em contato físico com a primeira placa condutora 452. Dessa forma, a carga na primeira placa condutora 452 é distribuída por toda a raiz 142. A distribuição de carga fornece um caminho elétrico adicional (por exemplo, impedância radicular 418) para a dissipação. Nesse exemplo, a carga não está mais confinada à primeira placa condutora 452 para a dissipação através do solo (por exemplo, caminho de impedância do solo 416). Em vez disso, a carga é distribuída ao longo da raiz 142 (por exemplo, caminho de impedância radicular 416), que muda o perfil da resposta do sinal característico a partir da resposta do sinal da linha de base.
[0076] O determinador 414 compara o sinal condicionado com o sinal da linha de base, e o determinador 414 determina que perturbações elétricas da raiz 142 em contato físico com a primeira placa condutora 452 produzem um sinal de resposta diferente da resposta do sinal da linha de base (por exemplo, resposta do sinal sem raiz presente). Em alguns exemplos, o determinador 414 é um comparador digital configurado para determinar se a diferença entre porções da resposta do sinal condicionado e as porções da resposta do sinal da linha de base não excedem um valor-limite. Por exemplo, o determinador 414 pode determinar que uma raiz é detectada quando um pico do sinal de resposta não excede um valor-limite (por exemplo, 90% do pico a partir do sinal da linha de base). Ou seja, a presença de uma raiz está associada a uma determinação de que a resposta do sinal excedeu o valor-limite. Deve ser notado que uma resposta do sinal de referência pode incluir uma resposta do sinal de uma raiz em contato físico com a primeira placa condutora 452. Nesse caso, o determinador 414 pode determinar que uma raiz é detectada quando o sinal de resposta é semelhante ao sinal da linha de base.
[0077] Como mostrado nas Figuras 4A e 4B, o sensor de contato radicular 400 pode incluir ainda um meio/memória legível por computador 408 acoplado eletricamente ao microcontrolador 410. O meio/memória legível por computador 408 é configurado para armazenar dados associados ao extrator de sinal. Em alguns exemplos, o meio/memória legível por computador 408 é RAM, ROM, EEPROM e semelhantes. O meio/memória legível por computador 408 pode incluir um banco de dados de respostas de linha de base para várias condições do solo no local da planta, como resistividade, salinidade, teor de umidificação, temperatura, aeração, agregação (por exemplo, rochosa, argila, areia) e semelhante.
[0078] As Figuras 5A a 5C são diagramas que ilustram um exemplo de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100 com uma pluralidade de placas condutoras 126 contornando uma planta em vários estágios de crescimento de um sistema radicular da planta ao longo do tempo 500A, 500B, 500C. Como mostrado nas Figuras 5A a 5C, o dispositivo de fenotipagem radicular 100 inclui uma pluralidade de placas condutoras 126 afixadas (por exemplo, treliçadas) à estrutura de gaiola 120 e são semelhantes ao dispositivo de fenotipagem radicular 100 mostrado na Figura 1. No momento 500A, a semente 540 é plantada no solo em uma localização específica a uma profundidade conhecida. O dispositivo de fenotipagem radicular 100 é enterrado em torno da localização no solo de tal modo que a localização da semente 540 fique no centro aproximado da estrutura de gaiola 120. Em alguns exemplos, o dispositivo de fenotipagem radicular 100 pode ser enterrado antes do momento 500A mostrado na Figura 5A. Por exemplo, dispositivos de fenotipagem de múltiplas raízes 100 podem ser instalados ao longo de uma linha em uma ocasião e sementes individuais 540 podem ser plantadas no centro ou nas proximidades do centro de cada dispositivo de fenotipagem radicular 100 em uma situação oportuna posterior através da utilização de uma plantadeira automática. Em algumas situações, o dispositivo de fenotipagem radicular 100 pode ser enterrado após a semente 540 ter sido plantada sem interferir nas raízes 142. Por exemplo, o dispositivo de fenotipagem radicular 100 pode ser enterrado enquanto a planta 140 está em uma fase de crescimento semelhante à mostrada na Figura 5B.
[0079] A Figura 5B representa um momento posterior da Figura 5A, em que a semente 540 brotou e se tornou uma pequena planta com raízes relativamente pequenas 142 que emanam da localização plantada conhecida. Nesse caso, as raízes 142 emanam da planta 140 na origem de em que a semente 540 foi plantada na Figura 5A. Como mostrado na Figura 5B, o dispositivo de fenotipagem radicular 100 não detecta uma raiz 142 em contato com uma primeira placa condutora 452 porque as raízes não tocam a placa condutora 126.
[0080] A Figura 5C representa um momento posterior da Figura 5B, em que a planta 140 e as raízes 142 cresceram. Nesse caso, as raízes 142 cresceram suficientemente para contatar várias placas condutoras 126 afixadas à estrutura circular superior 122A e à estrutura circular intermediária 122B. Nesse caso, a placa condutora 126B2 e a placa condutora 126B8 estão em contato físico com uma raiz 142. Por sua vez, a resposta do sinal extraído é condicionada e comparada a uma resposta do sinal da linha de base, e é determinada pelo microcon- trolador 410 que um a raiz 142 está em contato com uma primeira placa condutora 452 em uma localização associada à placa condutora 126B2 e à placa condutora 126B8 em um momento designado (por exemplo, registro de data e hora).
[0081] Em algumas situações, as placas condutoras 126 não detectaram uma raiz 142 abaixo da linha 126B (por exemplo, nenhuma raiz em 126C, 126D, etc.). Nesse caso, os dispositivos de fenotipagem radicular 100 podem determinar a taxa de crescimento aproximada da raiz (por exemplo, distância à placa condutora 126B2, 126B8 dividida através do momento de detecção inicial) bem como a profundidade aproximada do sistema radicular.
[0082] A Figura 6A é um diagrama que ilustra uma vista lateral de uma porção de um arranjo de sensores 625 para um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva com uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626. Nesse exemplo, cada placa condutora paralela 626 é designada em uma localização espacial com um identificador distinto que é mapeado para o controlador 130. A pluralidade de placas condutoras paralelas 626 são designadas 626A1 a 626A5, 626B1 a 626B5, 626C1 a 626C5 etc., em que "A", "B" e "C" correspondem a linhas e o "1" a "5" corresponde a colunas. A partir desse mapeamento, o controlador 130 pode mapear espacialmente uma raiz detectada 142.
[0083] Deve ser notado que a estrutura de sustentação pode ser construída para acomodar outras posições espacialmente viáveis para as placas condutoras paralelas 626. Por exemplo, em algumas situações, a estrutura de sustentação pode ser afilada de modo que as posições da coluna das placas condutoras paralelas 626 em uma estrutura circular adjacente estão verticalmente em declive (por exemplo, posicionadas em uma posição x, y e z diferente). Em algumas situações, a estrutura de sustentação junto com os arranjos de sensores treliçados 625 pode contornar para um formato esférico, formato cônico, formato cilíndrico, etc.
[0084] Como mostrado na Figura 6A, uma placa condutora paralela 626 inclui uma primeira placa condutora 452 adjacente e substanci-almente em paralelo a uma segunda placa condutora 654. A região entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 é enchida com terra. Como discutido acima, a impedância entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 pode variar com base nas propriedades elétricas (por exemplo, impedância 416) do solo, como tipo de solo (por exemplo, argila, areia, agregado, etc.), teor de umidificação e nutrientes (por exemplo, fosfato, nitrato, potássio, sais, etc.). Como mostrado na Figura 6A, a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 para cada placa condutora paralela 626 estão orientadas lateralmente (por exemplo, ao longo do eixo geométrico y). Em alguns exemplos, a primeira placa condutora 452 e/ou a segunda placa condutora 654 para um ou mais sensores eletrônicos podem ser inclinadas em ângulos oblíquos em relação à base de uma raiz 142, como mostrado nas Figuras 2A e 2B. Em alguns exemplos, a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 para um ou mais sensores eletrônicos podem ser posicionadas lateralmente (por exemplo, ao longo do eixo geométrico z).
[0085] Deve ser notado que a abertura entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 pode variar em distância e área transversal. Em alguns exemplos, uma abertura entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 tem uma área transversal menor que ou igual a cerca de 1 cm2. Em alguns exemplos, a distância entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 é igual ou maior que cerca de 1 mm.
[0086] A Figura 6B é um diagrama que ilustra uma vista isométrica de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 600 com uma porção de um arranjo de sensores 625 com uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626 treliçadas entre as sustentações circulares 122A, 122B, 122C. Nesse exemplo, a estrutura de sustentação é uma estrutura de gaiola 120 com sustentação circular superior 122A (por exemplo, primeira fila), sustentação circular intermediária 122B (por exemplo, segunda fila) e sustentações circulares inferiores 122C (por exemplo, terceira fila) verticalmente ao longo do eixo geométrico z) ligada à sustentação vertical estendida 114, que forma uma estrutura dorsal para a estrutura de sustentação. As sustentações circulares 122A, 122B, 122C estão dispostas em paralelo e separadas entre si ao longo do eixo geométrico z. Embora não mostrado, o dispositivo 600 de fenotipagem radicular pode incluir sustentações verticais 110 para sustentação adicional.
[0087] Como mostrado na Figura 6B, uma porção do arranjo de sensores 625 está situada entre a sustentação circular inferior 122C e a sustentação circular intermediária 122B. Da mesma forma, uma duplicata da porção do arranjo de sensores 625 está situada entre a sustentação circular superior 122A e a sustentação circular interme-diária 122B. Em alguns exemplos, uma porção do arranjo de sensores 625 é estendida em torno das sustentações circulares 122A, 122B, 122C para envolver uma superfície cilíndrica ao redor da planta 140. Em alguns exemplos, uma porção do arranjo de sensores 625 é afixada na seção circular da sustentação circular inferior 122C para envolver uma porção circular inferior da seção cilíndrica. Em alguns exemplos, arranjos de sensores adicionais 625 estão ligados a um ou mais segundas sustentações circulares fora das sustentações circulares 122A, 122B, 122C.
[0088] Como no exemplo descrito na Figura 1, a estrutura da gaiola 120 do dispositivo 600 de fenotipagem radicular não invasiva é feita de qualquer material que resista à deformação após a inserção em um tipo de solo desejado sem afetar a saúde e o crescimento da planta 140. Por exemplo, a estrutura da gaiola 120 é feita de metal (por exemplo, aço galvanizado, aço inoxidável), plástico (por exemplo, bioplásticos) e semelhantes. Em alguns exemplos, a estrutura da gaiola 120 é feita de material biodegradável e/ou compostável, tal como ácido polilático (PLA), poli-3-hidroxibutirato (PHB), poli-hidroxialcanoatos (PHA) e semelhantes. Em algumas situações, uma impressora 3D pode ser utilizada para construir a estrutura de gaiola 120 através do uso de um termoplástico adequado (por exemplo, PLA, etc.). Em algumas situações, a estrutura da gaiola 120 pode ser moldada por injeção através do uso de um termoplástico adequado (por exemplo, PLA, etc.).
[0089] Embora sustentações verticais 110 não sejam mostradas na Figura 6A, deve ser notado que, em alguns exemplos, as sustentações verticais 110 podem ser afixados às sustentações circulares 122A, 122B, 122C para fornecer resistibilidade e rigidez adicionais ao dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 600. Da mesma forma, outros componentes representados no dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100 da Figura 1 pode ser implementado no dispositivo de fenotipagem radicular 600. Por exemplo, deve ser notado que exemplos do dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 600 podem incluir uma célula solar 132, sensor de solo 134, sensor de ambiente 136 e semelhantes.
[0090] As Figuras 7A e 7B são diagramas de circuito que ilustram um exemplo de um sensor de proximidade radicular 700 em um caso em que uma raiz 142 está ausente entre uma primeira placa condutora 452 e uma segunda placa condutora 654. O sensor de proximidade radicular 700 inclui uma primeira placa condutora 452 e uma segunda placa condutora acoplada eletricamente ao chão (por exemplo, ligada à massa). A segunda placa condutora 654 é adjacente à primeira placa condutora 452 e substancialmente paralela à primeira placa condutora 452. A primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora são placas eletricamente condutoras situadas no solo, como mostrado na Figura 7A. A primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 podem ser feitas de um metal não reativo (por exemplo, aço inoxidável) ou de um metal altamente condutor (por exemplo, cobre, aço galvanizado, etc.). Nesse exemplo, um eletrodo 138 inserido no solo para fornecer um bom acoplamento elétrico de ligação à terra, como mostrado na Figura 1. Dessa forma, a impedância do solo 416 fornece um conduto para as cargas fluírem da placa condutora 654 através do solo para um eletrodo 138. A carga aplicada à primeira placa condutora 452 pode acumular-se ou dissipar-se dependendo das propriedades elétricas (por exemplo, impedância 416) do solo.
[0091] Deve ser notado que a ligação à terra e a ligação à massa podem ter diferentes potenciais de tensão (por exemplo, Vrerra í VMassa). Ou seja, mesmo nas situações em que um fio elétrico causa um curto circuito da ligação à massa para a ligação à terra, a conexão do fio elétrico tem uma impedância de linha diferente de zero 422 Em algumas situações de aterramento deficiente, o eletrodo 138 pode ser posicionado na ligação à massa em vez da ligação à terra mostrada na Figura 7A.
[0092] O sensor de proximidade radicular 700 inclui ainda um comutador 406 acoplado eletricamente à primeira placa condutora 452, a uma fonte de alimentação 402, a um extrator de sinal 404 e a um microprocessador 410. O comutador 406 é configurado para comutar entre um primeiro modo e um segundo modo. No primeiro modo, a fonte de alimentação 402 é habilitada para fornecer uma carga elétrica à primeira placa condutora 452. Como mostrado na Figura 7A, a fonte de alimentação 402 é acoplada eletricamente à primeira placa condutora 452 e, dessa forma, uma leve carga (por exemplo, potencial de tensão) se acumulará devido à impedância não nula do solo 416 (por exemplo, resistividade) entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 454, bem como a impedância do solo 416 (por exemplo, resistividade) entre a primeira placa condutora 452 e o eletrodo 138.
[0093] No segundo modo, o extrator de sinal 404 é habilitado para capturar a resposta do sinal. Nessa configuração, a fonte de alimentação 402 é eletricamente desacoplada da primeira placa condutora 452, e o extrator de sinal 404 é acoplado eletricamente à primeira placa condutora 452. Desse modo, a carga se dissipa com o tempo à medida que os elétrons fluem no solo através da abertura entre a segunda placa condutora 654 e a primeira placa condutora 452, bem como a partir da ligação à terra do eletrodo 138 através do solo para a placa condutora 654.
[0094] Em alguns exemplos, o comutador 406 pode ser um multiplexador que é acoplado eletricamente ao e controlado pelo microcontrolador 410. Um multiplexador facilita o acoplamento elétrico a uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626 (mostradas nas Figura 6A e 6B) a terminais compartilhados (por exemplo, acoplamento elétrico à fonte de alimentação 402 e acoplamento elétrico ao extrator de sinal 404). Por exemplo, o microcontrolador 410 do dispositivo de fenotipagem radicular 100 pode incluir linhas de controle 420 para controlar a comutação de um multiplexador (por exemplo, comutador 406) que acopla eletricamente uma pluralidade de placas condutoras em paralelo 626 a uma única fonte de alimentação 402 ou que acopla eletricamente uma pluralidade de placas condutoras em paralelo 626 a um único extrator de sinal 404. Em alguns exemplos, o comutador 406 é um relé que é acoplado eletricamente e controlado (por exemplo, através de linhas de controle 420) pelo microcontrolador 410.
[0095] O extrator de sinais 404 é configurado para capturar uma resposta do sinal na primeira placa condutora 452. No segundo modo do comutador 406, o extrator de sinal 404 captura a tensão na primeira placa condutora 452 em situações no momento em que a carga se dissipa, o que produz uma resposta do sinal transiente proporcional às propriedades elétricas do solo (por exemplo, impedância do solo 416). Em alguns exemplos, o extrator de sinal é um divisor de tensão, em que a tensão extraída é uma razão de impedâncias (por exemplo, Vo=Zi/(Zi+∑2)xvin). Em alguns exemplos, o extrator de sinais 404 é um ADC configurado para converter a resposta do sinal para equivalentes digitais. Nesse exemplo, o ADC pode ser configurado para capturar digitalmente a resposta do sinal. Deve ser notado que o sinal (por exemplo, tensão) do ADC é extraído em relação a ligação à massa do controlador 130, o que é comum em uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626.
[0096] Em alguns exemplos, o extrator de sinal 404 pode ser configurado para armazenar a resposta do sinal extraído em um meio/memória legível por computador 408 em intervalos predeter-minados (por exemplo, periódicos). Por exemplo, em algumas situações, o extrator de sinal 404 pode armazenar uma resposta do sinal a cada cinco minutos que pode ser agregada ou recuperada para pós- processamento.
[0097] O sensor de proximidade radicular 700 pode ainda incluir um microcontrolador 410 configurado para receber um sinal de resposta em bruto do extrator de sinal 404. Como mostrado na Figura 7A, o microcontrolador 410 inclui um processador de sinal 412 que recebe e condiciona um sinal de resposta apropriado para comparação. Por exemplo, o sinal de resposta em bruto pode ter ruído de alta frequência. Nesse caso, o processador de sinal 412 pode aplicar um filtro passa- baixa (por exemplo, filtro Butterworth, filtro Chebyshev, filtro Cauer, etc.) para condicionar a resposta do sinal.
[0098] O processador de sinal 412 também é configurado para recuperar uma ou mais respostas de sinal de referência a partir de um meio/memória legível por computador 408 e comparar porções da resposta do sinal com a porções da resposta do sinal da linha de base. Uma resposta do sinal de referência é uma resposta do sinal do sensor de proximidade radicular 700 sob condições semelhantes às condições no local da planta. Por exemplo, em uma situação, o sensor de solo 134 pode detectar a resistividade do solo a uma temperatura designada. Por sua vez, o processador de sinal 412 pode recuperar a partir do meio/memória legível por computador 408 (por exemplo, consultar uma base de dados), um sinal de resposta de linha de base para um solo que tem resistividade e temperatura semelhantes para comparar com a resposta do sinal condicionado. Deve ser notado que características adicionais do solo podem também ser aplicadas ao determinar um sinal de resposta de linha de base tal como salinidade, aeração, etc. Em alguns exemplos, o sensor de solo 134 é um sensor de umidade do solo ou um sensor de temperatura acoplado eletricamente ao microcon- trolador. 410. Em alguns exemplos, o sensor de ambiente 136 é um sensor de umidade ou um sensor de temperatura acoplado elétricamente ao microcontrolador 410.
[0099] Em alguns exemplos, o sinal de resposta de linha de base é determinado a partir de sinais de resposta agregados extraídos da pluralidade de placas condutoras paralelas 626. Por exemplo, nos estágios iniciais do crescimento de plantas (por exemplo, antes do alongamento da raiz), as amostras da resposta do sinal podem ser armazenadas e agregadas com base nas características do solo. Em geral, a resposta do sinal de referência é representativa de uma resposta do sinal da placa condutora paralela 626 no solo sem uma raiz 142 entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 sob condições semelhantes (por exemplo, salinidade, resistividade, temperatura, aeração, etc.).
[00100] O microcontrolador 410 inclui um determinador 414 que compara a resposta do sinal condicionado à resposta do sinal da linha de base para determinar se uma raiz 142 está presente. Como mostrado na Figura 7A, a raiz 142 está próxima da primeira placa condutora 452 e da primeira placa condutora 452, mas não está entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654. Nesse caso, a raiz 142 não é polarizada com elétrons atraídos para a primeira placa condutora carregada 452 em um lado da raiz 142 e elétrons repelidos da primeira placa condutora carregada 452 no lado oposto da raiz 142. Dessa forma, a impedância do solo (por exemplo, permissividade e permeabilidade) permanece substancialmente inalterada em solos sem raízes de plantas.
[00101] Como mostrado na Figura 7A, a carga está confinada à primeira placa condutora 452 para dissipação através do solo (por exemplo, impedância do solo). Consequentemente, a impedância global do solo entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 é a capacitância do solo Csolo em paralelo com a capacitância total da raiz Craiz, como mostrado na Figura 7B. Em tal exemplo, a primeira placa condutora 452 terá um perfil de resposta do sinal característico que é suficientemente similar a uma resposta do sinal da linha de base.
[00102] O determinador 414 compara o sinal condicionado com o sinal da linha de base. No exemplo mostrado na Figura 7A, o determinador 414 determina que nenhuma raiz 142 é detectada entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 porque o sinal de resposta condicionado é suficientemente semelhante à resposta do sinal da linha de base (por exemplo, resposta do sinal sem uma raiz presente). Em alguns exemplos, o determinador 414 é um comparador digital configurado para determinar se a diferença entre porções da resposta do sinal condicionado e porções da resposta do sinal da linha de base excede um valor-limite. Em tal caso, uma porção da resposta do sinal da linha de base pode ser um pico (por exemplo, valor máximo ou relativamente máximo) que corresponde a um pico (por exemplo, valor máximo ou relativamente máximo) da resposta do sinal condicionado. Em tal caso, o determinador 414 pode determinar que nenhuma raiz é detectada por um pico da resposta do sinal condicionado que excede um valor-limite (por exemplo, 90% do pico a partir do sinal da linha de base).
[00103] Como mostrado nas Figuras 7A e 7B, o sensor de proximidade radicular 700 pode incluir um comutador de polaridade 706 acoplado eletricamente ao comutador 406, ao primeiro condutor 452 e ao segundo condutor 654. O comutador de polaridade é configurado para fornecer uma segunda configuração que troca o acoplamento elétrico entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654. Isto é, o comutador de polaridade 706 reconfigura o acoplamento elétrico de tal modo que a primeira placa condutora 452 é acoplada eletricamente ao chão (por exemplo, ligação à massa) e a segunda placa condutora 654 é acoplada eletricamente à fonte de alimentação 402 através do comutador 406 no primeiro modo ou a segunda placa condutora 654 é acoplada eletricamente ao extrator de sinal 404 através do comutador 406 no segundo modo.
[00104] Como mostrado nas Figuras 7A e 7B, o sensor de proximidade radicular 700 pode incluir ainda um meio/memória legível por computador 408 acoplado eletricamente ao microcontrolador 410. O meio/memória legível por computador 408 é configurado para arma-zenar dados associados ao extrator de sinal. Em alguns exemplos, o meio/memória legível por computador 408 é RAM, ROM, EEPROM e semelhantes. O meio/memória legível por computador 408 pode incluir um banco de dados de respostas de sinal de linha de base para várias condições do solo no local da planta, como resistividade, salinidade, umidificação, temperatura, aeração, agregação (por exemplo, rochosa, argila, areia) e semelhantes.
[00105] As Figuras 8A e 8B são diagramas de circuito que ilustram um exemplo de um sensor de proximidade radicular 700 em um caso em que uma raiz 142 está entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654. O sensor de proximidade 700 tem os mesmos componentes como descrito nas Figuras 7A e 7B acima. Como mostrado na Figura 8A, a raiz 142 está situada entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654, mas não está em contato nem com a primeira placa condutora 452 nem com a segunda placa condutora 654. Com a raiz 142 situada entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654, a raiz 142 se torna polarizada com elétrons atraídos para a primeira placa condutora 452 carregada positivamente no lado da raiz 142 mais próxima da primeira placa condutora 452 e elétrons são repelidos a partir da segunda placa condutora negativamente carregada 654 no lado oposto da raiz 142 mais próxima da segunda placa condutora 654. Por sua vez, a raiz polarizada 142 muda as características gerais de impedância. Mais especificamente, as características de impedância eficaz de uma porção do solo entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 sem uma raiz 142 (por exemplo, entre ds) permanecem inalteradas, enquanto as características de impedância eficaz de uma porção do solo mudam entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 com uma raiz 142 (por exemplo, entre dr).
[00106] Nesse caso, a porção do solo entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 com uma raiz 142 (por exemplo, entre dr) fornece um caminho alternativo através da impedância radicular 418, que é uma impedância eficaz caracterizada pelo caminho alternativo para os elétrons fluírem da segunda placa condutora 654 para a raiz polarizada 142 e depois da raiz polarizada 142 para a primeira placa condutora 452. Consequentemente, a impedância global do solo entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 se torna a capacitância do solo Csolo em paralelo com a capacitância total da raiz Craiz em paralelo com a resistência do solo Rsolo em paralelo com a resistência global da raiz Rraiz, como mostrado na Figura 8B. Em alguns exemplos, a impedância geral diminui entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654.
[00107] Deve ser notado que a ligação à terra e a ligação à massa podem ter diferentes potenciais de tensão (por exemplo, V-Ten-a í VMassa). Isto é, mesmo nas situações em que um fio elétrico causa um curto circuito da ligação à massa para a ligação à terra, a conexão do fio elétrico tem uma impedância de linha diferente de zero 422. Em algumas situações de aterramento deficiente, o eletrodo 138 pode ser posicionado na ligação à massa em vez da ligação à terra mostrada na Figura 8A.
[00108] Também deve ser notado que a capacitância do solo Csolo, a capacitância total da raiz Craiz, a resistência do solo Rsolo, e a resistência total da raiz Rraiz, podem variar com base na resistividade, salinidade, teor de umidificação, temperatura, aeração, agregação (por exemplo, rochosa, argila, areia) e semelhantes. Do mesmo modo, os valores para a capacitância do solo Csolo em paralelo com a resistência do solo Rsolo entre a configuração mostrada na Figura 7A podem ser diferentes dos valores para a capacitância do solo Csolo em paralelo com a resistência do solo Rsolo na configuração mostrada na Figura 8A.
[00109] Como a carga não está mais confinada à primeira placa condutora 452 para dissipação através do solo (por exemplo, impe- dância do solo), a primeira placa condutora 452 tem um perfil de resposta do sinal característico que é distinto de uma resposta do sinal da linha de base, que é semelhante à resposta das Figuras 7A e 7B. No exemplo das Figuras 8A e 8B, o processador de sinal 410 compara o sinal condicionado com o sinal da linha de base e o determinador 414 determina que uma raiz 142 é detectada entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 porque o sinal de resposta condicionado é distinto da resposta do sinal de linha base (por exemplo, resposta do sinal sem raiz presente). Em alguns exemplos, o determinador 414 é um comparador digital configurado para determinar se a diferença entre porções da resposta do sinal condicionada e porções da resposta do sinal da linha de base excede um valor de limite. Por exemplo, o determinador 414 pode determinar que uma raiz é detectada quando um pico do sinal de resposta excede um valor-limite (por exemplo, 90% do pico a partir do sinal da linha de base). Em outro caso, o determinador 414 pode determinar que uma raiz é detectada quando um pico do sinal de resposta cai abaixo de um valor-limite (por exemplo, 90% do pico a partir do sinal da linha de base).
[00110] As Figuras 9A e 9B são diagramas de circuito que ilustram um exemplo de um sensor de proximidade radicular configurado para determinar se uma raiz está entre uma primeira placa condutora 452 e uma segunda placa condutora 654 nas situações em que uma raiz colide com pelo menos uma placa condutora. O sensor de proximidade 700 tem os mesmos componentes descritos nas Figuras 7A, 7B, 8A e 8B acima. Como mostrado na Figura 9A, a raiz 142 está em contato com a primeira placa condutora 452. Dessa forma, a carga na primeira placa condutora 452 é distribuída por toda a raiz 142. A distribuição de carga fornece um caminho elétrico adicional (por exemplo, impedância radicular 418) para dissipação. Nesse exemplo, a carga não está mais confinada à primeira placa condutora 452 para dissipação através do solo (por exemplo, caminho de impedância do solo 416). Em vez disso, a carga é distribuída ao longo da raiz 142 (por exemplo, caminho da impedância radicular 416), que muda o perfil de resposta do sinal característico da resposta do sinal da linha de base.
[00111] Consequentemente, a impedância global do solo entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 se torna a capacitância do solo Csolo em paralelo com a capacitância total da raiz Craiz em paralelo com a resistência do solo Rsolo em paralelo com a resistência global da raiz Rraiz, como mostrado na Figura 8B. Em alguns exemplos, a impedância geral diminui entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654. Deve ser notado que a capacitância do solo Csolo, a capacitância total da raiz Craiz, a resistência do solo Rsolo e a resistência total Rraiz da raiz podem variar com base na resistividade, salinidade, teor de umidificação, temperatura, aeração, agregação (por exemplo, rochosa, argila, areia) e semelhantes. Do mesmo modo, os valores para Csolo em paralelo com a capacitância total da raiz Craiz, em paralelo com a resistência do solo Rsolo, em paralelo com a resistência total da raiz Rraiz entre a configuração ilustrada na Figura 8A pode ser diferente dos valores Csolo em paralelo com a capacitância total da raiz Craiz, em paralelo com a resistência do solo Rsolo, em paralelo com a resistência total da raiz Rraiz para a configuração mostrada na Figura 9.
[00112] Deve ser notado que a ligação à terra e a ligação à massa podem ter diferentes potenciais de tensão (por exemplo, V-Ten-a í VMassa). Ou seja, mesmo nas situações em que um fio elétrico causa um curto circuito da ligação à massa para a ligação à terra, a conexão do fio elétrico tem uma impedância de linha diferente de zero 422. Em algumas situações de aterramento deficiente, o eletrodo 138 pode ser posicionado na ligação à massa em vez da ligação à terra mostrada nas Figuras 9A e 9B.
[00113] Como mostrado nas Figuras 7A, 7B, 8A e 8B, o sensor de proximidade radicular 700 pode opcionalmente incluir um comutador de polaridade 706 acoplado eletricamente ao comutador 406, ao primeiro condutor 452 e ao segundo condutor 654. O comutador de polaridade é configurado para fornecer uma segunda configuração que troca o acoplamento elétrico entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654. Isto é, o comutador de polaridade 706 reconfigura o acoplamento elétrico de tal modo que a primeira placa condutora 452 é acoplada eletricamente ao chão (por exemplo, ligação à massa) e a segunda placa condutora 654 é eletricamente conectada à fonte de alimentação 402 no primeiro modo ou no extrator de sinal 404 através do comutador 406 no segundo modo.
[00114] A Figura 9B mostra uma situação com o comutador de polaridade 706 projetado de tal modo que a primeira placa condutora 452 é eletricamente acoplada ao chão (por exemplo, ligada à massa) e a segunda placa condutora 654 é eletricamente acoplada à fonte de alimentação 402 no primeiro modo do comutador 406 enquanto a raiz 142 está em contato com a primeira placa condutora 452. Nesse caso, os elétrons da primeira placa condutora 452 são distribuídos ao longo da raiz 142 fazendo com que a raiz seja aterrada (ou próxima de ser aterrada). Verificou-se que a distribuição dos elétrons ao longo da raiz 142 auxilia ainda mais no aterramento e afeta de modo fraco os caminhos de distribuição elétrica adicionais (por exemplo, impedância radicular 418). A razão é atribuída à carga positiva sendo confinada na segunda placa condutora 654 para dissipação através do solo (por exemplo, caminho de impedância do solo 416), que é substancialmente similar ao perfil de resposta do sinal característico da resposta do sinal da linha de base (por exemplo, resposta do sinal sem a raiz 142).
[00115] A diferença no perfil do sinal a partir da configuração da Figura 9A comparado com a configuração da Figura 9B é que ele fornece uma métrica de simetria. Isto é, uma raiz 142 em contato com a primeira placa condutora 452, como mostrado na Figura 9A, fornece um perfil de sinal característico da presença de uma raiz. O comutador de polaridade 706 configurado como mostrado na Figura 9B não fornece um perfil de sinal característico da presença de uma raiz. Do mesmo modo, uma raiz 142 em contato com a segunda placa condutora 654 fornece um perfil de sinal característico da presença de uma raiz quando o comutador de polaridade 706 é configurado de tal modo que a primeira placa condutora 452 é acoplada eletricamente ao chão (por exemplo, ligada às massas) e a segunda placa condutora 654 está eletricamente conectada à fonte de alimentação 402 no primeiro modo ou ao extrator de sinal 404 através do comutador 406 no segundo modo. Enquanto o comutador de polaridade 706 é configurado de tal modo que a segunda placa condutora 654 é acoplada eletricamente ao chão (por exemplo, ligada à massa) e a primeira placa condutora 452 é eletricamente conectada à fonte de alimentação 402 no primeiro modo do comutador 406 no segundo modo, que não fornece substancialmente um perfil de sinal característico da presença de uma raiz.
[00116] As Figuras 10A a 10C são diagramas que ilustram um exemplo de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 600 com uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626 que contornam uma planta em vários estágios de crescimento de um sistema radicular da planta ao longo do tempo 1000A, 1000B, 1000C. Como mostrado nas Figuras 10A a 10C, o dispositivo de fenotipagem radicular 600 inclui uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626 afixadas a uma porção do arranjo de sensores 625, que são estendidas em torno das sustentações circulares 122A, 122B, 122C para envolver uma superfície cilíndrica em torno da planta 140. A porção do arranjo de sensores 625 é treliçada na estrutura de gaiola 120 e é semelhante ao dispositivo de fenotipagem radicular 600 mostrado na Figura 6. Embora seja mostrada uma única porção do um arranjo de sensores 625, as porções do um arranjo de sensores 625 devem ser dispostas em cada espaço entre sustentações verticais e sustentações circulares 122A, 122B, 122C.
[00117] No momento 1000A, a semente 540 é plantada em um solo em uma localização específica a uma profundidade conhecida. O dispositivo de fenotipagem radicular 600 está enterrado em torno dessa localização no solo de tal modo que a localização da semente 540 está no centro ou próxima ao centro da estrutura da gaiola 120. Em alguns exemplos, o dispositivo de fenotipagem radicular 600 pode ser enterrado antes do momento 1000A mostrado na Figura 10A. Por exemplo, múltiplos dispositivos de fenotipagem radicular 600 podem ser instalados ao longo de uma fila, em um momento apropriado, e sementes individuais 540 podem ser plantadas no ou próximo do centro de cada dispositivo de fenotipagem radicular 600 em um momento apropriado posterior através da utilização de uma plantadeira automática. Em algumas situações, o dispositivo de fenotipagem radicular 600 pode ser enterrado depois de a semente 540 ter sido plantada sem interferir nas raízes 142. Por exemplo, o dispositivo de fenotipagem radicular 600 pode ser enterrado enquanto a planta 140 está em uma fase de crescimento semelhante à mostrada na Figura 5B.
[00118] A Figura 10B representa um momento posterior à Figura 10A, em que a semente 540 brotou e se tornou uma pequena planta com raízes relativamente pequenas 142 que emanam da localização plantada conhecida. Nesse caso, as raízes 142 emanam da planta 140 na ou perto da origem de em que a semente 540 foi plantada na Figura 10A. Como mostrado na Figura 10B, o dispositivo de fenotipagem radicular 600 não detecta a presença de uma raiz 142 porque as raízes não tocam nem na primeira placa condutora 452 nem na segunda placa condutora 654 do sensor de proximidade 700. Da mesma forma, as raízes 142 não cresceram entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 dos sensores de proximidade.
[00119] A Figura 10C representa um momento posterior à Figura 10B, em que a planta 140 e as raízes 142 cresceram. Nesse caso, as raízes 142 cresceram suficientemente para tocar a primeira placa condutora 452 ou a segunda placa condutora 654 dos sensores de proximidade de pelo menos uma porção do arranjo de sensores 625. Do mesmo modo, as raízes 142 cresceram suficientemente para serem disposta entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 das placas condutoras paralelas 626 ou pelo menos uma parte do arranjo de sensores 625. Nesse caso, a placa condutora paralela 626A1 tem uma raiz 142 que toca a segunda placa de contato 654. Além disso, a placa condutora paralela 626A1 tem uma raiz 142 entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654. Consequentemente, a resposta do sinal extraído é condicionada (por exemplo, via processador de sinal 412) e comparada a uma resposta do sinal da linha de base (por exemplo, via determinador 414) e determinada pelo microcontrolador 410 que uma raiz 142 está na proximidade da placa condutora paralela 626A1 e da placa condutora paralela 626A5 em um momento designado (por exemplo, registro de data e hora).
[00120] Em algumas situações, as placas condutoras paralelas 626 do sensor de proximidade 700 não detectam uma raiz 142 abaixo das placas condutoras paralelas 626A1-X (por exemplo, nenhuma raiz nas placas condutoras paralelas 626B1-X, 626C1-X, etc. Nesse caso, os dispositivos de fenotipagem radicular 600 podem determinar a taxa de crescimento aproximada da raiz (por exemplo, distância das placas condutoras paralelas 626A1, 626A5 dividida pelo tempo de detecção inicial) bem como a profundidade aproximada do sistema radicular.
[00121] A Figura 11 é um diagrama que ilustra uma vista isométrica de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 1100 com um arranjo de sensores de proximidade 625 e uma pluralidade de sensores de proximidade treliçados em uma estaca 1120. A estaca 1120 é uma estrutura de sustentação adequada para disposição em uma localização no solo adjacente à planta 140. Nesse exemplo, a estrutura de sustentação é uma estrutura plana com uma sustentação lateral 1122 conectada verticalmente entre as sustentações verticais 1110, que forma uma estrutura dorsal para a estrutura de sustentação. Em alguns exemplos, a estrutura de sustentação é feita de qualquer material que resista à deformação após a inserção em um tipo de solo desejado, sem afetar a saúde e o crescimento da planta. Por exemplo, o material da estrutura de sustentação de uma estaca 1120 pode ser um metal (por exemplo, aço galvanizado, aço inoxidável), um plástico (por exemplo, bioplásticos) e semelhantes. Em alguns exemplos, o material da estrutura de sustentação de uma estaca 1120 é feito de material biodegradável e/ou compostável como ácido polilático (PLA), poli-3- hidroxibutirato (PHB), poli-hidroxialcanoatos (PHA) e semelhantes. Em algumas situações, uma impressora 3D pode ser utilizada para construir a estrutura de sustentação de uma estaca 1120 através do uso de um termoplástico adequado (por exemplo, PLA, etc.). Em algumas situações, a estrutura de sustentação de uma estaca 1120 pode ser moldada por injeção através do uso de um termoplástico adequado (por exemplo, PLA, etc.).
[00122] O dispositivo de fenotipagem radicular 1100 inclui ainda uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626 e/ou placas condutoras 126 afixadas à estrutura de sustentação (por exemplo, estrutura de sustentação da estaca 1120). Por exemplo, a pluralidade de sensores é uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626 que são treliçadas entre as sustentações laterais adjacentes 1122. Em alguns exemplos, a pluralidade de sensores é uma pluralidade de placas condutoras 126 afixadas à sustentação lateral 1122. Em alguns exemplos, a pluralidade de sensores é uma pluralidade de placas condutoras 126 afixadas às sustentações verticais 1110. Em alguns exemplos, a pluralidade de sensores é uma pluralidade de placas condutoras paralelas 626 com a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 afixada às sustentações verticais 1110 e/ou às sustentações laterais 1222. As sustentações verticais estendidas 1110 fornecem uma posição relativamente fixa durante a inserção em uma localização no solo e operação subsequente. Em algumas situações, uma ou mais da pluralidade de placas condutoras 126 podem ser fornecidas em uma malha que está posicionada entre as sustentações verticais 1110 e as sustentações laterais 1222.
[00123] Como mostrado na Figura 11, a estaca 1120 está inclinada em um ângulo θ2 em relação à base da raiz 142. Em alguns exemplos, as placas condutoras 126 estão orientadas substancialmente em paralelo à base de uma raiz 142. Em alguns exemplos, as placas condutoras 126 estão inclinadas em ângulos oblíquos em relação à base de uma raiz 142. Ou seja, as placas condutoras 126 estão situadas em um declive da direção +y (por exemplo, eixo geométrico y) para a direção +z (por exemplo, eixo geométrico z) em relação a uma base lateral (plano x-y) da raiz 142.
[00124] Cada uma das pluralidades de placas condutoras 126 é acoplada eletricamente (por exemplo, através de interconexões com fio) a um controlador 130 (por exemplo, microcontrolador) que é configurado para determinar se uma raiz está presente na proximidade de uma placa condutora 126. Como mostrado na Figura 11, o controlador 130 inclui uma unidade de comunicações (por exemplo, antena 108, porta de E/S para o cabo 106) configurada para transmitir dados dos sensores para um dispositivo móvel 154 (por exemplo, telefone inteligente, computador do tipo tablet, computador pessoal). Em algumas situações, a unidade de comunicações pode transmitir dados dos sensores através do cabo 106 para um dispositivo móvel 154. Em algumas situações, o cabo 106 é um cabo serial com conectores apropriados para fazer interface com a unidade de comunicação do controlador 130 e o dispositivo móvel 154. Em tal situação, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor serial, etc.) para transmitir e receber comunicações seriais. Em alguns exemplos, a unidade de comunicações pode incluir uma antena 108 e um circuito configurado para transmitir dados dos sensores sem fio (por exemplo, Bluetooth, WiFi) para o dispositivo móvel 154. Em tal caso, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor Bluetooth, transceptor WiFi, etc.) para transmitir e receber comunicações através de protocolos sem fio. Em alguns exemplos, a unidade de comunicações pode incluir uma antena 108 e circuitos configurados para transmitir dados dos sensores através de uma rede celular (por exemplo, 3G, 4G, LTE) para uma torre celular ou dispositivo móvel 154. Nesse caso, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor 3G, transceptor 4G, transceptor LTE, etc.) para transmitir e receber comunicações através de protocolos celulares.
[00125] Deve ser notado que o dispositivo de fenotipagem radicular 1100 também pode incluir um ou mais sensores (por exemplo, sensor de solo 134, sensor de ambiente 136) associado a qualquer aspecto desejado da planta 140, a localização no solo e/ou uma ou mais condições acima do chão na ou próxima à localização no solo. Da mesma forma, deve ser notado que o dispositivo de fenotipagem radicular 1100 pode incluir estacas 1120 adicionais para contornar a planta 140. Em alguns exemplos, as estacas incluem mecanismos de intertravamento que guiam o posicionamento de estacas adjacentes 1120. Em alguns exemplos, as estacas formam uma estrutura de gaiola que contorna a planta 140.
[00126] A Figura 12 é um diagrama de fluxo de dados conceitual que ilustram o fluxo de dados entre diferentes meios/componentes em um dispositivo de fenotipagem radicular 1200. O dispositivo de fenotipagem radicular 1200 é para monitorar o crescimento de uma raiz de uma planta em uma localização no solo e pode ser o dispositivo de fenotipagem radicular 100 ilustrado na Figura 1, o dispositivo de fenotipagem radicular 600 mostrado na Figura 6 ou o dispositivo de fenotipagem radicular 1100 mostrado na Figura 11.
[00127] Como mostrado na Figura 12, o controlador 130 do dispositivo de fenotipagem radicular 1200 inclui uma fonte de alimentação 402, extrator de sinal 404, microcontrolador 410, meio/memória legível por computador 408, uma unidade de comunicação 1240 e um conector de E/S 1250. O microcontrolador 410 inclui ainda um processador de sinal 412, um determinador 414 e um temporizador/relógio 1220.
[00128] A unidade de comunicação 1240 inclui uma unidade sem fio 1242A e uma unidade com fio 1242B. A unidade sem fio 1242A tem um transmissor 1246A e um receptor 1244A configurado para transmitir dados dos sensores para um dispositivo móvel 154 (por exemplo, telefone inteligente, computador do tipo tablet, computador pessoal). A unidade de comunicações 1240 pode incluir uma antena 108 que, juntamente com o transmissor 1246A e o receptor 1244A, pode transmitir dados dos sensores sem fio (por exemplo, Bluetooth, WiFi) para o dispositivo móvel 154. Em alguns exemplos, o transmissor 1246A e o receptor 1244A transmitem e recebem comunicações via protocolos sem fio. Em alguns exemplos, o transmissor 1246A e o receptor 1244A transmitem e recebem comunicações através de protocolos celulares por uma rede celular (por exemplo, 3G, 4G, LTE). A unidade com fio 1242B tem um transmissor 1246B e um receptor 1244B configurado para transmitir dados dos sensores através do cabo 106 para um dispositivo móvel 154. Em alguns exemplos, o cabo 106 é um cabo serial com conectores apropriados para fazer interface com o conector de E/S 1250 e o dispositivo móvel 154. Em alguns exemplos, o transmissor 1246B e o receptor 1244B podem transmitir e receber comunicações seriais.
[00129] O meio/memória legível por computador 408 pode armazenar uma ou mais respostas de sinal da linha de base 1232 (por exemplo, 1° sinal através do mésimosinal) que são aplicáveis às condições no solo. Por exemplo, uma resposta do sinal da linha de base 1232 (por exemplo, 1° sinal) pode ser uma resposta do sinal para solos úmidos, salgados, em que a impedância pode ser baixa (por exemplo, resistividade ~ 10 Q-m). Outra resposta do sinal da linha de base 1234 (por exemplo, 2° sinal) pode ser uma resposta do sinal para solos secos em que a impedância pode ser alta (por exemplo, resistividade ~1 kQ- m). Outra resposta do sinal da linha de base 1232 (por exemplo, 1° sinal) pode ser uma resposta do sinal para solos muito secos em que a impedância pode ser ainda maior (por exemplo, resistividade variando entre 1 kQ-m a 10kQ-m).
[00130] O meio/memória legível por computador 408 pode armazenar também uma ou mais respostas de sinal 1234 (por exemplo, 1° sinal através do nenésimosinal) que são aplicáveis às condições no solo. Por exemplo, uma resposta do sinal 1234 (por exemplo, 1° sinal) pode ser uma resposta do sinal para solos úmidos e salgados, em que a impedância pode ser baixa (por exemplo, resistividade ~ 10 Q-m). Uma outra resposta do sinal 1234 (por exemplo, 2° sinal) pode ser uma resposta do sinal para solos secos em que a impedância pode ser alta (por exemplo, resistividade ~ 1 kQ-m). Outra resposta do sinal 1234 (por exemplo, 1° sinal) pode ser uma resposta do sinal para solos muito secos em que a impedância pode ser ainda maior (por exemplo, resistividade variando entre 1 kQ-m a 10 kQ-m).
[00131] Em uma configuração, o dispositivo de fenotipagem radicular 1200 inclui um sensor eletrônico para detectar uma raiz de uma planta 140 no solo. O sensor eletrônico é um sensor de contato 400 (da Figura 4) que inclui uma primeira placa condutora 452 configurada para ser colocada no solo, um comutador 406, um extrator de sinal 404 e uma fonte de alimentação 402. O comutador 406 é configurado para comutar entre um primeiro modo e um segundo modo. A fonte de alimentação 402 é acoplada eletricamente ao comutador 406 e a fonte de alimentação 402 é configurada para fornecer uma carga elétrica à primeira placa condutora 452 no primeiro modo do comutador 406. O extrator de sinal 404 é acoplado eletricamente ao comutador 406 e o extrator de sinal 404 é configurado para capturar uma resposta do sinal 1234 na primeira placa condutora 452 no segundo modo do comutador 406. Em alguns exemplos, o extrator de sinal 404 é um divisor de tensão. Em alguns exemplos, o extrator de sinal 404 é um conversor analógico-digital.
[00132] O sensor eletrônico inclui ainda um microcontrolador 410 acoplado eletricamente ao extrator de sinal 404 e um meio/memória legível por computador 408 acoplado eletricamente ao microcontrolador 410. Como mostrado na Figura 12, o microcontrolador 410 inclui ainda um processador de sinal 412, um determinador 414 e um temporizador/relógio 1220. A memória é configurada para armazenar dados associados ao extrator de sinal 404. O processador de sinal 412 do microcontrolador 410 é configurado para receber a resposta do sinal 1234 do extrator de sinal 410. Em alguns exemplos, o processador de sinal 412 do microcontrolador 410 é configurado para recuperar uma resposta do sinal da linha de base 1232 do meio/memória legível por computador 408.
[00133] Em alguns exemplos, o determinador 414 do microcon- trolador 410 é configurado para comparar a resposta do sinal à resposta do sinal da linha de base 1232 para determinar se uma diferença entre uma porção da resposta do sinal e uma porção da resposta do sinal da linha de base 1232 excedeu um valor-limite. Nesse caso, a presença de uma raiz 142 está associada a uma determinação de que a resposta do sinal 1232 excedeu o valor-limite.
[00134] Em outra configuração, o sensor eletrônico é um sensor de proximidade 700 (da Figura 7) que inclui ainda uma segunda placa condutora 654 configurada para ser colocada no solo estando adjacente e substancialmente em paralelo à primeira placa condutora 452. A segunda placa condutora 654 é acoplada eletricamente ao chão (por exemplo, ligada à terra e ligada à massa). Em alguns exemplos, uma abertura entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 tem uma área transversal menor que ou igual a cerca de 1 cm2. Em algumas configurações, uma distância entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 é igual ou maior que cerca de 1 mm. Em alguns exemplos, o sensor eletrônico inclui ainda um comutador de polaridade 706 configurado para trocar o acoplamento elétrico entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654.
[00135] Em alguns exemplos, o comutador 406 é um multiplexador que é acoplado eletricamente ao e controlado pelo microcontrolador 410. Em alguns exemplos, o comutador 406 é um relé que é acoplado eletricamente e controlado pelo microcontrolador 410. Em alguns exemplos, o sensor eletrônico inclui ainda um sensor de umidade do solo (por exemplo, sensor de solo 134) ou um sensor de temperatura (por exemplo, sensor de ambiente 136) acoplado eletricamente ao microcontrolador 410. Em alguns exemplos, o sensor eletrônico é orientado em um ângulo oblíquo com relação a uma lateral de uma base da raiz. Em alguns exemplos, o sensor eletrônico é afixado a uma malha suspensa entre os membros da estrutura de sustentação (por exemplo, sustentações verticais 110 e sustentações circulares 122A, 122B, 122C). Em alguns exemplos, a resposta do sinal de referência 1232 é representativa de uma resposta do sinal 1234 do sensor eletrônico no solo sem uma raiz 142 colocada entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 ou sem uma raiz 142 que está em contato com a primeira placa condutora 452 ou com a segunda placa condutora 654. Em alguns exemplos, a resposta do sinal 1234 é armazenada no meio/memória legível por computador 408 em intervalos predeterminados (por exemplo, periódicos).
[00136] Em outra configuração, o dispositivo de fenotipagem radicular 1200 é um dispositivo eletrônico para monitorar o crescimento de uma raiz de uma planta 140 em uma localização no solo. O dispositivo eletrônico inclui uma estrutura de sustentação (por exemplo, estrutura de gaiola 120, estaca 1120, trado) adequada para disposição adjacente à localização no solo. O dispositivo eletrônico inclui ainda uma pluralidade de sensores eletrônicos afixados na estrutura de sustentação.
[00137] Pelo menos um dentre a pluralidade de sensores é um sensor de contato 400 que inclui uma primeira placa condutora 452, um comutador 406, um extrator de sinal 404 e uma fonte de alimentação 402. O comutador 406 é configurado para comutar entre um primeiro modo e um segundo modo. A fonte de alimentação 402 é acoplada eletricamente ao comutador 406 e a fonte de alimentação 402 é configurada para fornecer uma carga elétrica à primeira placa condutora 452 no primeiro modo do comutador 406. O extrator de sinal 404 é acoplado eletricamente ao comutador 406 e o extrator de sinal 404 é configurado para capturar uma resposta do sinal 1234 na primeira placa condutora 452 no segundo modo do comutador 406. Em alguns exemplos, o extrator de sinal 404 é um divisor de tensão. Em alguns exemplos, o extrator de sinal 404 é um conversor analógico-digital.
[00138] O dispositivo eletrônico inclui ainda um microcontrolador 410 acoplado eletricamente ao extrator de sinal 404 e um meio/memória legível por computador 408 acoplado eletricamente ao microcontrolador 410. Como mostrado na Figura 12, o microcontrolador 410 inclui ainda um processador de sinal 412, um determinador 414 e um tempo- rizador/relógio 1220. A memória é configurada para armazenar dados associados ao extrator de sinal 404. O processador de sinal 412 do microcontrolador 410 é configurado para receber a resposta do sinal 1234 do extrator de sinal 410. Em algumas configurações, o processador de sinal 412 do microcontrolador 410 é configurado para recuperar uma resposta do sinal da linha de base 1232 do meio/memó- ria legível por computador 408.
[00139] Em alguns exemplos, o determinador 414 do microcon- trolador 410 é configurado para comparar a resposta do sinal à resposta do sinal da linha de base 1232 para determinar se uma diferença entre uma porção da resposta do sinal e uma porção da resposta do sinal da linha de base 1232 excedeu um valor-limite. Nesse caso, a presença de uma raiz 142 está associada a uma determinação de que a resposta do sinal 1232 excedeu o valor-limite.
[00140] Em alguns exemplos, pelo menos um dentre a pluralidade de sensores é um sensor de proximidade 700 que inclui ainda uma segunda placa condutora 654 adjacente e substancialmente em paralelo à primeira placa condutora 452. A segunda placa condutora 654 é acoplada eletricamente ao chão (por exemplo, ligada à terra e ligada à massa). Em alguns exemplos, uma abertura entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 tem uma área de seção transversal inferior ou igual a cerca de 1 cm2. Em algumas configura-ções, a distância entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 é igual ou maior que cerca de 1 mm. Em alguns exemplos, o dispositivo eletrônico inclui ainda um comutador de polaridade 706 configurado para trocar o acoplamento elétrico entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654.
[00141] Em alguns exemplos, o comutador 406 é um multiplexador que é acoplado eletricamente ao e controlado pelo microcontrolador 410. Em alguns exemplos, o comutador 406 é um relé que é acoplado eletricamente e controlado pelo microcontrolador 410. Em alguns exemplos, o dispositivo eletrônico inclui ainda um sensor de umidade do solo (por exemplo, sensor de solo 134) ou um sensor de temperatura (por exemplo, sensor de ambiente 136) acoplado eletricamente ao microcontrolador 410. Em alguns exemplos, pelo menos um dentre a pluralidade de sensores é orientado em um ângulo oblíquo em relação a um lateral de uma base da raiz. Em alguns exemplos, pelo menos um dentre a pluralidade de sensores é afixado a uma malha suspensa entre os membros da estrutura de sustentação (por exemplo, sustentações verticais 110 e sustentações circulares 122A, 122B, 122C). Em alguns exemplos, a resposta do sinal de referência 1232 é representativa de uma resposta do sinal 1234 do sensor eletrônico no solo sem uma raiz 142 colocada entre a primeira placa condutora 452 e a segunda placa condutora 654 ou sem uma raiz 142 que está em contato a primeira placa condutora 452 ou a segunda placa condutora 654. Em alguns exemplos, a resposta do sinal 1234 é armazenada no meio/memória legível por computador 408 em intervalos predeterminados (por exemplo, periódicos).
[00142] A Figura 13 é um diagrama de fluxo 1300 de um dispositivo de fenotipagem de plantas com uma pluralidade de sensores para detectar raízes 142 e determinar traços radiculares. O dispositivo de fenotipagem da planta pode ser o dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, o dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 600 ou o dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 1100. O dispositivo de fenotipagem radicular é configurado para detectar e monitorar a presença de uma raiz em uma placa condutora 126 e armazenar a localização no meio/memória legível por computador 408 juntamente com outros dados característicos (por exemplo, temperatura, resistividade do solo, umidade do solo, umidade do ambiente, temperatura do ambiente, registro de data e hora, etc.).
[00143] No bloco 1302, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) carrega eletricamente uma primeira placa condutora 452 de uma fonte de alimentação 402 durante um primeiro tempo predetermi-nado e determina se a carga está completa. Por exemplo, o comutador 406 pode ser lançado para um primeiro modo no qual a fonte de alimentação 402 é acoplada eletricamente para fornecer uma carga elétrica à primeira placa condutora 452, como mostrado na Figura 4A e Figura 7A. Em algumas situações, o primeiro tempo predeterminado excede uma constante de tempo associada à impedância do solo 416 entre a primeira placa condutora 452 e um eletrodo de ligação à terra 138. Em algumas situações, o tempo predeterminado pode ser uma configuração ajustável ao dispositivo fenotípico da planta.
[00144] No bloco 1304, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) desacopla eletricamente a primeira placa condutora 452 da fonte de alimentação 402. Por exemplo, o comutador 406 pode ser lançado para um segundo modo no qual o extrator de sinal 404 é ativado para capturar a resposta do sinal 1234. Isto é, a fonte de alimentação 402 é eletricamente desacoplada da primeira placa condutora 452 e o extrator de sinal 404 é acoplado eletricamente à primeira placa condutora 452.
[00145] No bloco 1306, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) aterra eletricamente uma segunda placa condutora 654. A segunda placa condutora 654 está adjacente à, e substancialmente em paralelo à primeira placa condutora 452. Deve ser reconhecido que isso é opcional para sensores de contato 400 e particular ao sensor de proximidade 700. Para sensores de proximidade 700, que incluem uma segunda placa condutora 654, a segunda placa condutora 654 é aterrada com a ligação à massa antes de extrair as medições. A segunda placa condutora aterrada 654 fornece um plano de aterramento de referência para a primeira placa condutora 452 para favorecer os perfis de resposta do sinal.
[00146] No bloco 1308, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) extrai uma resposta do sinal 1234 na primeira placa condutora 452 durante um segundo tempo predeterminado. Ou seja, a carga aplicada à primeira placa condutora 452 se dissipa ao longo do tempo à medida que os elétrons fluem da ligação à terra do eletrodo 138 através do solo para a primeira placa condutora 452. Enquanto a primeira placa condutora 452 está descarregando o extrator de sinal 404 pode extrair carga ou níveis de tensão. Isto produz uma resposta do sinal 1234 proporcional às propriedades elétricas do solo (por exemplo, impedância do solo 416). Em alguns exemplos, o extrator de sinal é um divisor de tensão, em que a tensão extra é uma razão de impedâncias (por exemplo, Vo=Zi/(Zi+Z2)xvin).
[00147] Em alguns exemplos, o extrator de sinal 404 é um ADC configurado para converter a resposta do sinal em equivalentes digitais. Nesse exemplo, o ADC pode ser configurado para capturar digitalmente a resposta do sinal. Deve ser notado que o sinal extraído (por exemplo, tensão) do ADC está em relação a ligação à massa do controlador 130, o que é comum a uma pluralidade de placas condutoras 126. Em alguns exemplos, o segundo tempo predeterminado excede uma constante de tempo associada à impedância do solo 416 entre a primeira placa condutora 452 e um eletrodo de ligação à terra 138. Em alguns exemplos, o segundo tempo predeterminado é ajustável.
[00148] Além disso, o processador de sinal 412 pode condicionar o sinal de resposta 1234 para que seja mais adequado para comparação. Por exemplo, o sinal de resposta 1234 pode ter ruído de alta frequência, e o processador de sinal 412 pode aplicar um filtro passa-baixa (por exemplo, filtro Butterworth, filtro Chebyshev, filtro Cauer, etc.) para condicionar o sinal de resposta 1234.
[00149] No bloco 1310, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) recupera a resposta do sinal da linha de base 1232 de meio/memória legível por computador 408. Por exemplo, o processador de sinal 412 pode recuperar a partir do meio/memória legível por computador 408 (por exemplo, consultar uma base de dados), um sinal de resposta de linha de base 1232 para um solo que tenha resistividade e temperatura semelhantes para comparar com a resposta do sinal condicionado. Deve ser notado que as características adicionais do solo também podem ser aplicadas ao determinar um sinal de resposta de linha de base, como salinidade, aeração, etc.
[00150] No bloco 1312, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) determina se uma porção da resposta do sinal 1234 excede um valor de limite. A presença de uma raiz está associada a uma determinação de que a porção da resposta do sinal 1234 excedeu o valor-limite. Por exemplo, o dispositivo de fenotipagem de plantas pode incluir um microcontrolador 410 com um determinador 414 que compara a resposta do sinal 1234 com a resposta do sinal da linha de base 1232 para determinar se uma raiz 142 está presente.
[00151] Em alguns exemplos, o determinador 414 é um comparador digital configurado para determinar se a diferença entre as porções da resposta do sinal (condicionado) 1234 e as porções da resposta do sinal da linha de base 1232 excederam um valor-limite. Em um exemplo, uma porção da resposta do sinal da linha de base 1232 pode ser um pico (por exemplo, valor máximo ou relativamente máximo) que corresponde a um pico (por exemplo, valor máximo ou relativamente máximo) da resposta do sinal 1234. Nesse caso, o determinador 414 pode determinar que não é detectada nenhuma raiz 142 para um pico da resposta do sinal 1234 excedendo um valor-limite (por exemplo, 90% do pico a partir do sinal da linha de base).
[00152] No bloco 1314, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) determina a biomassa de acordo com a resposta do sinal 1234 que excede um valor-limite (por exemplo, raiz detectada). A biomassa é proporcional a uma magnitude de capacitância da resposta do sinal 1234. Em alguns exemplos, a taxa de crescimento da biomassa é proporcional à mudança na biomassa ao longo de um tempo decorrido.
[00153] Em alguns exemplos, cada raiz detectada 142, dentre a pluralidade de sensores, pode ser mapeada espacialmente (por exemplo, para formar um mapa de biomassa). Em alguns exemplos, antes de os dados dos sensores serem mapeados para biomassa, eles são pré-processados para identificar dados errôneos ou dados ausentes, causados talvez devido ao o mau funcionamento do dispositivo ou às condições ambientais. Em tais exemplos, a precisão é melhorada, já que alguns dados de biomassa podem não corresponder à biomassa radicular devido a erros de medição.
[00154] Em alguns exemplos, um modelo linear dinâmico com erros heterocedásticos é usado para inferir a evolução da biomassa radicular latente (não observada). Em algumas situações, a biomassa radicular latente é armazenada como um arranjo tridimensional indexado pelo número de observação, nível e nível de compensação (por exemplo, designada 626A1 a 626A5, 626B1 a 626B5, 626C1 a 626C5, etc.). Em algumas situações, a heterocedasticidade residual é usada para procurar por processos transitórios, como organismos do solo, como parasitas ou insetos que entram em contato com o dispositivo. Resíduos muito grandes indicam a presença de tais organismos do solo. Em algumas situações, os parâmetros subjacentes do modelo são adaptadosatravés de técnicas estatísticas padrão.
[00155] No bloco 1316, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) determina a taxa de crescimento de acordo com a resposta do sinal 1234 excedendo um valor-limite (por exemplo, raiz detectada). A taxa de crescimento de raiz é proporcional a uma coordenada tridimensional da placa condutora 126 ao longo de um tempo decorrido. Por exemplo, um registro de data e hora de uma detecção positiva pode ser comparado a um registro de data e hora do plantio da semente 540 ou outro registro de data e hora, para determinar uma duração de crescimento, que é então usada para fatorar a taxa de crescimento em conjunto com a determinação do comprimento radicular.
[00156] Outras taxas de crescimento são contempladas e podem ser extrapoladas a partir dos dados. Por exemplo, uma taxa do local de crescimento pode ser determinada pelo aumento incremental de biomassa de cada raiz positiva detectada recentemente 142. Da mesma forma, uma taxa global de crescimento pode ser determinada pela taxa na qual a raiz 142 está entrando em contato com sensores em cada nível diferente (por exemplo, correspondendo a diferentes comprimentos de raiz). Dessa forma, as propriedades radiculares individuais e propriedades globais de RSA podem ser calculadas.
[00157] Como parte da taxa de crescimento, o comprimento radicular também pode ser calculado. Por exemplo, uma coordenada tridimensional do sensor (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) pode fornecer um comprimento de raiz aproximado da coordenada da localização da semente 540. Isso fornece uma inferência do crescimento global de RSA com base no conhecimento sobre a proporção de raízes que provavelmente entrarão em contato com um sensor (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626).
[00158] No bloco 1318, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) determina o ângulo radicular de acordo com a resposta do sinal 1234 excedendo um valor-limite (por exemplo, raiz detectada). O ângulo radicular é baseado em um entre um ponto de origem (por exemplo, origem da semente) ou uma coroa da raiz da planta 142 e uma coordenada tridimensional do sensor (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626).
[00159] Em alguns exemplos, o ângulo radicular é determinado por meio do cálculo do ângulo entre a coordenada tridimensional do respectivo sensor (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) e a localização na qual a semente 540 foi plantada (ou a localização da qual o sistema radicular da planta emana). O dispositivo de fenotipagem radicular 100, 600 da presente descrição pode ditar a localização no solo em que a semente 540 é plantada. Desse modo, o ponto de origem (por exemplo, origem da semente) da localização da emanação da raiz é calculado como uma distância predeterminada acima da semente 540. A localização da emanação da raiz, o raio de cada nível e a profundidade de cada nível pode ser usada para calcular a quantidade de biomassa de raízes crescendo em certos ângulos de altitude em relação ao local de emanação da raiz.
[00160] Em algumas situações, o crescimento de raiz não é circularmente simétrico (por exemplo, em formato elíptico ou retangu-lar). A localização da emanação da raiz e as localizações do sensor (por exemplo, placas condutoras 126 ou placas condutoras paralelas 626) podem ser usadas para registrar o crescimento de raiz em certos ângulos de azimute. Em algumas situações, os locais do sensor (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) resumem o crescimento de raiz em termos das direções primárias e secundárias da variação perpendicular à superfície normal. Em alguns exemplos, a biomassa total das raízes em cada ponto no tempo pode ser convertida em proporções do sistema radicular crescendo em cada ângulo de altitude ao longo do tempo.
[00161] Os aspectos da RSA, como o ângulo radicular (por exemplo, ângulo radicular do ponto de origem), contribuem para o crescimento da planta e para a aquisição de nutrientes. A correlação do ângulo radicular com o crescimento das plantas é particularmente relevante para a resistência dos recursos. Por exemplo, raízes de ângulos íngremes fornecem culturas fila a fila, como o acesso de maís ao lençol freático durante as secas, enquanto as raízes mais rasas aumentam a absorção de nutrientes imóveis encontrados em solos rasos, como o fósforo.
[00162] No bloco 1320, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) armazena um indicador de presença de raiz no meio/memória legível por computador 408 de acordo com a porção da resposta de sinal 1234 excedendo o valor-limite. Em alguns exemplos, as informações adicionais (por exemplo, resistividade do solo, temperatura, registro de data e hora, resposta do sinal, localização de coordenadas, etc.) são armazenadas com o indicador de presença da raiz. Em alguns exemplos, o indicador de presença de raiz é armazenado em um banco de dados.
[00163] No bloco 1322, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) determina se o tempo de amostra predeterminado excedeu. Em alguns exemplos, o tempo da amostra é o número de dias para uma estação de uma cultura em particular. Em alguns exemplos, o dispositivo de fenotipagem radicular pode ser ativado para coletar dados indefinidamente (por exemplo, reunir dados até que o usuário intervenha).
[00164] No bloco 1324, o dispositivo de fenotipagem da planta (por exemplo, dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100, etc.) transmite dados para o pós-processamento de acordo com o tempo de amostra predeterminado que excedeu. Em alguns exemplos, um cabo 106 pode ser usado para conectar um dispositivo móvel 154 ao controlador 130 (por exemplo, conector E/S 1250) e os dados (por exemplo, indicador de presença de raiz, resistividade do solo, temperatura, registro de data e hora, resposta do sinal, localização de coordenada, etc.) podem ser transmitidos para o dispositivo móvel 154 para posterior processamento. Em alguns exemplos, esse dispositivo móvel 154 pode fazer interface com o controlador 130 sem fio (por exemplo, Bluetooth, WiFi, etc.) e os dados (por exemplo, indicador de presença de raiz, resistividade do solo, temperatura, registro de data e hora, resposta do sinal, coordenar localização, etc.) podem ser transmitidos sem fio para o dispositivo móvel 154 para posterior processamento.
[00165] Em alguns exemplos, as técnicas da presente invenção implementam múltiplos dispositivos de fenotipagem radicular não invasivas 100, 600, 1100. Por exemplo, como mostrado na Figura 11, o dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 1100 implementa duas estacas 1120. As técnicas podem também implementar dois ou mais dispositivos de fenotipagem radicular não invasivas 100, 600, 1100 com tamanhos diferentes em torno de uma única localização no solo. Isso facilita a captura de interações adicionais com o tempo, conforme o uso de um único dispositivo.
[00166] Deve ser notado que as técnicas descritas acima para monitorar o crescimento de raiz(raízes) da planta podem ser adaptadas para uma variedade de usos. As etapas de posicionar uma pluralidade de sensores (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) em torno de uma localização no solo, plantando uma semente 540 em uma localização no solo, recebendo dados que representam a presença de uma raiz e determinando uma característica de crescimento de raiz de uma planta baseada nos dados, bem como os recursos e elementos opcionais, podem ser usados, sozinhos ou em combinação, com qualquer uma das técnicas conforme descritas no presente documento.
[00167] Certos aspectos da presente descrição referem-se a técnicas para selecionar uma planta para melhoramento com base em uma característica de crescimento de raiz. Em alguns exemplos, as técnicas incluem o posicionamento de uma pluralidade da placa condutora 126 (por exemplo, para placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) em torno de uma localização no solo, plantando uma semente 540 na localização no solo, recebendo dados que representam uma presença de raiz de uma planta 142 depois que a semente 540 se tornou uma planta 140, determinando uma característica de crescimento de raiz da raiz da planta com base nos dados e selecionando a planta para melhoramento com base na característica de crescimento de raiz determinada.
[00168] Uma variedade de características de crescimento de raiz, incluindo, taxa de crescimento, ângulo radicular, comprimento radicular e biomassa radicular, podem ser características desejáveis para seleção e melhoramento. Em alguns exemplos, diferentes ângulos radiculares são vantajosos para a aquisição de diferentes recursos do solo. Por exemplo, se um melhorista deseja maximizar a absorção de recursos superficiais (por exemplo, fósforo), o melhorista pode selecionar plantas com ângulos radiculares mais rasos. Do mesmo modo, se um melhorista desejar maximizar o aproveitamento de recursos profundos (por exemplo, nitrogênio ou água durante condições de seca), o melhorista pode selecionar plantas 140 com ângulos radiculares mais profundos. As técnicas de fenotipagem radicular não invasiva conforme descritas no presente documento são permitem a determinação em tempo real de uma multiplicidade de características de crescimento de raiz, que permite a seleção em grande escala e a identificação de plantas ou cultivares com características desejadas ou novas de crescimento de raiz. Isso facilita novas cultivares híbridas, uma vez que essas cultivares podem ser testadas em conformidade com uma variedade comercial para determinar se as cultivares têm características diferentes de crescimento de raiz.
[00169] Em alguns exemplos, as técnicas incluem ainda o cruzamento da planta determinada a ter uma característica particular de crescimento de raiz com uma segunda planta da mesma espécie para produzir uma planta progênie. Em alguns exemplos, a segunda planta tem a mesma característica de crescimento de raiz, permitindo assim a fixação de uma característica de interesse. Em outros exemplos, a segunda planta tem uma característica diferente de crescimento de raiz desejado, cruzando assim múltiplas características para alcançar permutações novas e/ou desejáveis das propriedades da RSA.
[00170] Várias técnicas de seleção e melhoramento podem ser usadas adequadamente nas técnicas da presente descrição incluindo, seleção recorrente, seleção em massa, seleção a granel, retrocruza- mento, seleção de pedigree, seleção de pedigree modificada, autopo- linização, polinização manual planta a planta, produção híbrida, cruzamentos de populações, melhoramento de polinização aberta, seleção aprimorada de polimorfismo de comprimento de fragmentos de restrição, seleção aprimorada de marcador genético, realização de duplos haploides e transformação e semelhantes. Deve ser notado que cada técnica pode ser implementada sozinha ou em combinação com outras técnicas.
[00171] Em alguns exemplos, os dispositivos, técnicas e/ou meios de armazenamento legível por computador da presente descrição pode ser usado na produção de variedades de plantas híbridas. Por exemplo, podem ser produzidas variedades para introduzir os traços ou caracte-rísticas (por exemplo, uma ou mais características de crescimento de raiz da presente descrição) de uma variedade em outras linhas, ou fornecer uma fonte de material de melhoramento que pode ser usada para desenvolver novas variedades endogâmicas. O desenvolvimento de híbridos em um programa de melhoramento de plantas requer, em geral, o desenvolvimento de variedades endogâmicas homozigotas, o cruzamento dessas variedades e a avaliação dos cruzamentos. Existem muitas técnicas analíticas para avaliar o resultado de um cruzamento. Algumas técnicas incluem a análise de observação de características fenotípicas, enquanto outras técnicas incluem análise genotípica.
[00172] Em alguns exemplos, o melhoramento de retrocruzamento é implementado para transferir um ou alguns genes favoráveis para um traço altamente hereditário (por exemplo, uma característica de cresci-mento de raiz da presente descrição) em uma variedade desejavel. Essa abordagem pode ser usada para o melhoramento de variedades resistentes a doenças. Várias técnicas de seleção recorrentes podem ser usadas para melhorar traços herdados quantitativamente controlados por numerosos genes. O uso de seleção recorrente em culturas autopolinizadoras depende da facilidade de polinização, da frequência de híbridos polinizados com sucesso e do número de progênies híbridos de cada cruzamento. As linhas de melhoramento avançadas promissoras podem ser exaustivamente testadas e comparadas com padrões apropriados em ambientes representativos da(s) área(s) alvo(s) comercial(is) por um período designado de tempo. As melhores linhas podem então ser candidatas a novas variedades comerciais. Aqueles que ainda são deficientes em alguns traços podem ser mais usados como progenitores para produzir novas populações para seleção adicional.
[00173] Em alguns exemplos, um esquema de melhoramento inclui cruzamentos e/ou autopolinização. Por exemplo, um melhorista pode inicialmente selecionar e cruzar duas ou mais linhas parentais, seguidas de repetição de autopolinização e seleção, para produzir muitas novas combinações genéticas. Além disso, um melhorista pode gerar múltiplas combinações genéticas diferentes através de cruzamento, autopolini- zação e mutações. Um melhorista de plantas pode então selecionar qual germoplasma avança para a próxima geração. Esse germoplasma pode então ser cultivado sob diferentes condições geográficas, climáticas e de solo, e uma seleção adicional pode ser feita durante e ao final da estação de crescimento.
[00174] O melhoramento genealógico é geralmente utilizado para o melhoramento de culturas autopolinizantes ou linhas endogâmicas de culturas de polinização cruzada. Dois progenitores que possuem traços complementares favoráveis são cruzados para produzir um F1. Uma população F2 é produzida por meio de autopolinização de um ou vários F1 ou pelo entrecruzamento de dois F1 (conjugação por polinização manual planta a planta). A seleção dos melhores indivíduos geralmente é iniciada na população F2. Então, começando no F3, os melhores indivíduos nas melhores famílias são selecionados. Os testes replicados de famílias, ou combinações híbridas envolvendo indivíduos dessas famílias, geralmente seguem na geração F4 para melhorar a eficácia da seleção de características com baixa hereditariedade. Em um estágio avançado de endogamia (isto é, F6 e F7), as melhores linhas ou misturas de linhas fenotipicamente semelhantes são testadas para potencial liberação como novas variedades.
[00175] Os marcadores moleculares também podem ser usados durante o processo de melhoramento para a seleção de traços qualitativos. Técnicas exemplificativas para a identificação de marcadores moleculares incluem: Eletroforese de isozimas, Polimorfismos no Comprimento dos Fragmentos de Restrição (RFLPs), DNAs Polimórfi- cos Ampliados Aleatoriamente (RAPDs), Reação em Cadeia da Polimerase com Primer Arbitrário (AP-PCR), Impressão Digital da Amplificação do DNA (DAF), Regiões Amplificadas de Sequências Caracterizadas (SCARs), Polimorfismos de Comprimento de Fragmen-tos Amplificados (AFLPs), Repetições de Sequência Simples (SSRs) e Polimorfismos de Nucleotídeo Único (SNPs), entre outros. Os marcadores intimamente ligados a alelos ou marcadores contendo sequências dentro dos próprios alelos de interesse podem ser usados para selecionar plantas que contêm os alelos de interesse durante um programa de melhoramento de retrocruzamento. Os marcadores também podem ser usados para selecionar o genoma do progenitor recorrente e em contraste com os marcadores do progenitor doador.
[00176] O melhoramento de mutações também pode ser usado para introduzir novos traços (por exemplo, uma ou mais características de crescimento de raiz da presente descrição) em variedades existentes. As mutações que ocorrem espontaneamente ou são induzidas artificialmente podem ser fontes úteis de variedade para um melhorista de plantas. O objetivo da mutagênese artificial é aumentar a taxa de mutação. As taxas de mutação podem ser aumentadas por muitos meios diferentes, incluindo temperatura, armazenamento de sementes a longo prazo, condições de cultura de tecidos, radiação (como raios X, raios gama, nêutrons, radiação Beta ou radiação ultravioleta), mutagênicos (tais como análogos de bases como o 5-bromo-uracila), antibióticos, agentes alquilantes (tais como mostarda de enxofre, mostarda nitrogenada, epóxidos, etilenoaminas, sulfatos, sulfonatos, sulfonas ou lactonas), azida, hidroxilamina, ácido nitroso ou acridinas. Uma vez que um traço desejado é observado através da mutagênese, o traço pode então ser incorporado ao germoplasma existente por técnicas tradicionais de melhoramento.
[00177] Em alguns exemplos, uma planta 140 da presente descrição é uma cultura em linha. Em alguns exemplos, uma planta 140 da presente descrição é maís, soja, arroz, trigo, sorgo, tomate ou alfafa. Outras culturas em linha incluem, sem limitação, algodão, beterraba, feno em grãos, legumes (por exemplo, feijão, amendoim, ervilhas, etc.), flores como girassóis, outros grãos (por exemplo, centeio ou aveia), cana de açúcar, tabaco, kenaf e semelhantes.
[00178] Certos aspectos da presente descrição referem-se a técnicas para determinar um efeito de uma interação planta-micróbio em uma característica de crescimento de raiz. Será notado que tais técnicas são realizadas utilizando os dispositivos e técnicas da presente descrição em uma variedade de pedidos. Em alguns exemplos, as técnicas incluem posicionar uma pluralidade de sensores (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) em torno de uma localização no solo, plantando uma semente 540 em uma localização no solo, inoculando a localização no solo com um micróbio ou comunidade de micróbios (ou aplicando o micróbio ou a comunidade de micróbios à semente na forma de tratamento de sementes), após a semente 540 ter se tornado uma planta 140 com uma raiz de planta 142, e após a interação planta-micróbio ser estabelecida entre a planta e o micróbio ou comunidade de micróbios, receber dados que representam uma presença de raízes, determinar uma característica de crescimento de raiz da raiz da planta com base nos dados, determinar uma característica de crescimento de raiz de referência de uma raiz de planta de referência a partir de uma planta de referência da mesma espécie que a primeira planta, e determinar o efeito da interação planta-micróbio na característica de crescimento de raiz por meio de comparação da característica de crescimento de raiz com a característica de crescimento de raiz de referência.
[00179] Como usado no presente documento, uma referência, quando aplicada a uma planta 140, raiz de planta 142, e/ou característica de crescimento de raiz, pode se referir a uma planta 140, raiz de planta 142, e/ou crescimento de raiz uma condição diferente como uma planta de interesse (por exemplo, uma planta de teste). Em alguns exemplos, a planta de referência 140 está em uma localização no solo não inoculado com o micróbio ou comunidade de micróbios. Em alguns exemplos, a planta de referência 14 está em uma localização no solo não inoculado com qualquer micróbio. Em alguns exemplos, a planta de referência 140 está em uma localização no solo inoculado com um micróbio diferente ou uma comunidade diferente de micróbios.
[00180] Em alguns exemplos, o efeito de uma interação planta- micróbio em uma característica de crescimento de raiz é determinado por meio de inoculação de uma localização no solo com um micróbio de interesse e estudando o seu efeito no crescimento de raiz (por exemplo, como descrito acima), examinando assim o efeito de um determinado micróbio conhecido no crescimento de raiz.
[00181] Em outros exemplos, o efeito de uma interação planta- micróbio em uma característica de crescimento de raiz é determinado por seleção de uma variedade de plantas para características particulares de crescimento de raiz, que identificam uma característica de crescimento de interesse e depois detectam um micróbio residente na planta ou na raiz da planta, selecionando assim os micróbios desconhecidos que afetam o crescimento de raiz da planta. Em tais casos, as técnicas incluem o posicionamento de uma pluralidade de sensores (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) em torno de uma localização no solo, plantando uma primeira semente em uma localização no solo, após a primeira semente ter se tornado uma primeira planta com uma primeira raiz de planta, e após uma interação planta-micróbio ser estabelecida entre a primeira planta e um primeiro micróbio, recebendo dados que representam a presença de raiz nos sensores (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) dos sensores de pluralidade, determinando uma primeira característica de crescimento de raiz da primeira raiz da planta com base nos dados, e que identificam o primeiro micróbio. Em alguns exemplos, a técnica inclui ainda determinar o efeito do primeiro micróbio nas características de crescimento de raiz das plantas. Uma variedade de técnicas pode ser usada para identificar um micróbio da presente descrição, incluindo, sem limitação, a detecção de ácidos nucleicos por PCR, sequenciação direta (por exemplo, DNA- ou RNA-seq) e semelhantes; exame microscópico e/ou histológico do micróbio; e assim por diante.
[00182] As técnicas descritas acima podem ser usadas no estudo de uma variedade de interações planta-micróbio. Em alguns exemplos, o micróbio é uma bactéria. Em outros exemplos, o micróbio é um fungo. Deverá ser notado que os métodos para determinar um efeito de uma interação planta-micróbio em uma característica de crescimento de raiz da presente descrição podem encontrar uso em uma variedade de micróbios bacterianos ou fúngicos, bem como em uma combinação dos mesmos. Em alguns exemplos, a interação planta-micróbio é benéfica para a planta (por exemplo, como com rizóbios ou fungos micorrízicos). Em alguns exemplos, a interação planta-micróbio é prejudicial para a planta (por exemplo, como com um micróbio patogênico). Exemplos de micróbios patogênicos de plantas incluem os dos gêneros Xanthomonas, Erwinia, Burkholderia, Pseudomonas, Sclerophthera, Fusarium, Pythium, Achlya, Alternaria, Rhizoctonia, Sarocladium, Thanatephorus, Sclerotium, Sclerotinia, Curvularia, Microdochium, Cochliobolus, Cercospora, Curtobacterium, Ralstonia, Peronospora, Pyricularia, Clavibacter, Agrobacterium, Xylella, Uromyces, Stemphylium, Verticillium, Coprinus, Aphanomyces, Phytophthora, Septoria, Passalora, Colletotrichum, Exserhilum, Macrophomina, Bipolaris, Claviceps, Ramulispora, Gloeocercospora, Phialophora, Diaporthe, Phoma, Puccinia, Tilletia, Ustilago, Urocystis, Erysiphe, Mycosphaerella, Leptosphaeria, Pyrenophora, Calonectria, Gaeuma- nnomyces, Pseudocercosporella, e assim por diante. Em alguns exemplos, a planta 140 é uma cultura em linha. Em alguns exemplos, a planta 140 é maís, soja, arroz, trigo, sorgo, tomate ou alfafa. Outras culturas em linha incluem, sem limitação, algodão, beterraba, feno em grãos, legumes (por exemplo, feijão, amendoim, ervilha, etc.), flores como girassóis, outros grãos (por exemplo, centeio ou aveia), cana de açúcar, kenaf e afins.
[00183] Em alguns exemplos, uma interação planta-micróbio é estabelecida após uma interação conhecida ou hipotética durante o contato entre uma planta 140 ou semente 540 da presente descrição e um micróbio da presente descrição. Em alguns exemplos, uma interação planta-micróbio é estabelecida após um fenótipo específico da planta ou da raiz da planta ser observado, tal como um efeito visível na própria planta (por exemplo, mudança na coloração, crescimento acima do solo, aparência de ferrugem, murcha, ou outro traço, crescimento aumentado no caso de interações benéficas planta-micróbio, e assim por diante).
[00184] Como descrito acima, as técnicas de um dispositivo de fenotipagem radicular não invasiva 100, 600, 1100 da presente descrição pode encontrar uso em técnicas de monitoramento de um organismo do solo. Em alguns exemplos, as técnicas incluem posicionar uma pluralidade de sensores (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) em torno de uma localização no solo, plantando uma semente 540 em uma localização no solo, recebendo dados que representam a presença de uma raiz em contato com ou na proximidade de uma placa condutora 126 da pluralidade (após a semente ter se tornado uma planta 140 tendo uma raiz de planta 142, e após o organismo do solo ter invadido a localização no solo), com base nos dados, determinar se a presença da raiz detectada é da raiz da planta 142 ou do organismo do solo, e de acordo com uma determinação de que a presença da raiz detectada é do organismo do solo: monitorar o organismo do solo com base nos dados. Em outros exemplos, as técnicas incluem o posicionamento de uma pluralidade de sensores (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626) em torno de uma localização no solo (uma planta com uma raiz de planta é plantada na localização no solo e o organismo do solo invadiu a localização no solo), recebendo dados que representam a presença de uma raiz em contato com ou na proximidade de uma placa condutora 126 da pluralidade, com base nos dados, determinar se a presença de raiz detectada é da raiz da planta ou do organismo do solo, e de acordo com a determinação de que a presença de raiz detectada é do organismo do solo: monitorar o organismo do solo com base nos dados. Em alguns exemplos, um tipo de organismo do solo é monitorado (por exemplo, o tipo de organismo do solo é inferido a partir do seu tamanho). Em alguns exemplos, o tamanho do organismo do solo é inferido com base, pelo menos em parte, na duração da resposta do sinal 1234 e/ou na magnitude da resposta do sinal. Em alguns exemplos, um número de organismos do solo de interesse é monitorado (por exemplo, com base em uma ou mais dentre a duração da resposta do sinal 1234, uma resposta do sinal 1234 de magnitude e um número de raízes detectadas 142). Por exemplo, um número de um organismo particular (por exemplo, parasita de raiz de milho) em um local específico pode ser usado para decidir quando tratar com um pesticida, a quantidade de pesticida a ser usada e assim por diante.
[00185] Os processos transitórios, tais como os contatos do organismo do solo, podem ser distinguidos dos traços radiculares com base em vários aspectos. Por exemplo, em algumas situações, os dados incluem informações que identificam a magnitude da resposta do sinal. Em alguns exemplos, a determinação de que uma raiz detectada é do organismo do solo é baseada, pelo menos em parte, na magnitude da resposta do sinal. Em alguns exemplos, os dados incluem informações que identificam a duração de uma raiz detectada em um ou mais dos sensores (por exemplo, placa condutora 126 ou placa condutora paralela 626). Em alguns exemplos, a determinação de que uma raiz detectada é do organismo do solo é baseada, pelo menos em parte, na duração da raiz detectada. Em algumas situações, a determinação de que a raiz detectada é do organismo do solo é baseada na magnitude da resposta do sinal e na duração da raiz detectada. Deve-se considerar que a combinação de aspectos dos dados, como magnitude e duração, pode ser usada para determinar se a raiz detectada é de uma raiz de planta ou de um organismo do solo.
[00186] Em alguns exemplos, de acordo com uma determinação de que a raiz detectada não é do organismo do solo, os dados são armazenados e/ou filtrados. Por exemplo, em algumas situações, uma determinação adicional é feita se os dados representam ruído/sinal de linha de base ou se os dados representam a presença de uma raiz de planta 142. Em alguns exemplos, de acordo com uma determinação de que os dados representam ruído/sinal da linha de base, os dados são filtrados. Em alguns exemplos, de acordo com uma determinação de que os dados representam uma presença real de uma raiz da planta, os dados são armazenados em meios/memória legíveis por computador 408 e/ou condicionados (por exemplo, processador de sinal 412). Isso permite o rastreamento de ambas as raízes das plantas 142 e entradas transientes de organismos do solo.
[00187] Em alguns exemplos, o organismo do solo é um parasita ou inseto. Em alguns exemplos, o organismo do solo é uma praga agrícola. Em alguns exemplos, o organismo do solo é um parasita da raiz do milho (por exemplo, Diabrotica virgifera). Em alguns exemplos, a planta 142 é uma cultura em linha. Em alguns exemplos, a planta 140 é maís, soja, arroz, trigo, sorgo, tomate ou alfafa. Outras culturas em filas incluem, sem limitação, algodão, beterraba, feno de grãos, legumes (por exemplo, feijão, amendoim, ervilha, etc.), flores como o girassol, outros grãos (por exemplo, centeio ou aveia), cana de açúcar, tabaco, kenaf e semelhantes.
[00188] Entende-se que a ordem específica ou hierarquia de blocos nos processos/fluxogramas revelados é uma ilustração de abordagens exemplificativas. Com base nas preferências de projeto, entende-se que a ordem ou hierarquia específica de blocos nos processos/fluxogramas pode ser reorganizada. Além disso, alguns blocos podem ser combinados ou omitidos. O método anexo reivindica os elementos presentes dos vários blocos em uma ordem de amostra e não se destina a ser limitado à ordem ou hierarquia específica apresentada.
[00189] A descrição anterior é fornecida para permitir que qualquer especialista na técnica pratique os vários aspectos conforme descritos no presente documento. Diversas modificações nesses aspectos serão prontamente evidentes para os especialistas na técnica e os princípios genéricos aqui definidos podem ser aplicados a outros aspectos. Desse modo, as reivindicações não se destinam a se limitarem aos aspectos aqui mostrados, mas devem ser atribuídas ao escopo completo consis-tente com as reivindicações do idioma, em que a referência a um elemento no singular não se destina a significar "um e apenas um" a menos que especificamente indicado, mas sim "um ou mais". A menos que especificamente indicado de outra forma, o termo "alguns" refere- se a um ou mais. Combinações como "pelo menos um dentre A, B ou C", "um ou mais dentre A, B ou C", "pelo menos um dentre A, B e C", "um ou mais dentre A, B e C" e "A, B, C, ou qualquer combinação dos mesmos" inclui qualquer combinação de A, B e/ou C, e pode incluir múltiplos de A, múltiplos de B ou múltiplos de C. Especificamente, combinações como "pelo menos um dentre A, B, ou C", "um ou mais dentre A, B ou C" , "pelo menos um dentre A, B e C", "um ou mais dentre A, B e C" e "A, B, C ou qualquer combinação dos mesmos" pode ser apenas A, apenas B, apenas C, A e B, A e C, B e C, ou A e B e C, em que quaisquer dessas combinações podem conter um ou mais membros ou membros de A , B, ou C. Todos os equivalentes estruturais e funcionais aos elementos dos vários aspectos descritos ao longo dessa descrição que são conhecidos ou que passam a ser conhecidos pelos especialistas na técnica são expressamente aqui incorporados por referência e destinam-se a ser abrangidos pelas reivindicações. Além disso, nada revelado no presente documento destina-se a ser dedicado ao público independentemente de tal descrição ser explicitamente recitada nas reivindicações. A palavra "exemplar"é usada aqui para significar "servir como exemplo, situação ou ilustração". Qualquer exemplo descrito no presente documento como "exemplificativo"não deve necessariamente ser interpretado como preferencial ou vantajoso em relação a outros exemplos. As palavras "módulo", "mecanismo", "elemento","dispositivo" e similares não podem ser um substituto para a palavra "meio". Dessa forma, nenhum elemento de reivindicação deve ser interpretado sob 35 USC § 112(f) a menos que o elemento seja expressamente recitado através do uso da expressão "meios para".
Claims (15)
1. Sensor eletrônico para detectar uma raiz de uma planta em uma localização no solo, caracterizado pelo fato de que o sensor eletrônico compreende: uma primeira placa condutora (452) configurada para ser colocada no solo; um comutador (406) acoplado eletricamente à primeira placa condutora, em que o comutador é configurado para comutar entre um primeiro modo e um segundo modo; uma fonte de alimentação (402) acoplada eletricamente ao comutador, em que a fonte de alimentação é configurada para fornecer uma primeira carga elétrica à primeira placa condutora no primeiro modo do comutador; e um extrator de sinal (404) acoplado eletricamente ao comutador, em que, no segundo modo do comutador, o extrator de sinal é configurado para extrair um sinal na primeira placa condutora baseado na primeira carga elétrica provida à primeira placa condutora no primeiro modo do comutador.
2. Sensor eletrônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um microcontrolador (410) acoplado eletricamente ao extrator de sinal, em que o microcontrolador é configurado para receber o sinal do extrator de sinal; uma memória (408) acoplada eletricamente ao microcon- trolador, em que a memória é configurada para armazenar dados associados ao extrator de sinal; em que opcionalmente o sinal é armazenado na memória em intervalos predeterminados; em que opcionalmente o comutador é um multiplexador que é acoplado eletricamente e controlado pelo microcontrolador; e/ou em que opcionalmente o microcontrolador é configurado para recuperar um sinal da linha de base a partir da memória e comparar o sinal com o sinal da linha de base para determinar se uma diferença entre uma porção do sinal e uma porção do sinal da linha de base excedeu um valor-limite.
3. Sensor eletrônico, de acordo com a reivindicação 2, carac-terizado pelo fato de que compreende ainda: uma segunda placa condutora (654) configurada para ser colocada no solo adjacente e paralela à primeira placa condutora, em que a segunda placa condutora é acoplada eletricamente ao chão; em que opcionalmente a presença de uma raiz está associada a uma determinação de que do sinal excedeu o valor-limite; em que opcionalmente o sinal da linha de base é represen-tativo de um sinal do sensor eletrônico no solo sem uma raiz colocada entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora ou sem uma raiz que esteja em contato com a primeira placa condutora ou com a segunda placa condutora; em que opcionalmente uma abertura entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora tem uma área de corte transver-sal menor que ou igual a 1 cm2; e/ou em que opcionalmente a distância entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora é igual ou maior que 1 mm.
4. Sensor eletrônico, de acordo com a reivindicação 3, carac-terizado pelo fato de que compreende ainda um comutador de polari-dade (706) configurado para trocar o acoplamento elétrico entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora.
5. Sensor eletrônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor de umidade do solo (134) ou um sensor de temperatura (134) acoplado eletricamente ao microcontrolador.
6. Sensor eletrônico, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o extrator de sinal é um divisor de tensão ou um conversor analógico-digital; em que opcionalmente o sensor eletrônico é orientado em um ângulo oblíquo em relação a uma lateral de uma base da raiz; e em que opcionalmente o sensor eletrônico é afixado a uma malha suspensa entre os membros da estrutura de sustentação (120).
7. Dispositivo eletrônico para monitorar o crescimento de uma raiz de uma planta em uma localização no solo, o dispositivo eletrônico caracterizado pelo fato de que compreende: uma estrutura de sustentação (120) adequada para disposição no solo adjacente à localização no solo; e uma pluralidade de sensores eletrônicos afixados à estrutura de sustentação, em que pelo menos um sensor eletrônico da pluralidade de sensores eletrônicos é um sensor eletrônico como definido na reivindicação 1.
8. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um microcontrolador (410) acoplado eletricamente ao extrator de sinal, em que o microcontrolador é configurado para receber o sinal de resposta do extrator de sinal; e uma memória (408) acoplada eletricamente ao microcon- trolador, em que a memória é configurada para armazenar dados associados ao extrator de sinal; em que opcionalmente o sinal é armazenado na memória em intervalos predeterminados; em que opcionalmente o comutador é um multiplexador que é acoplado eletricamente e controlado pelo microcontrolador; e/ou em que opcionalmente o microcontrolador é configurado para recuperar uma resposta de sinal da linha de base a partir da memória e comparar o sinal à resposta de sinal da linha de base para determinar se uma diferença entre uma porção da resposta do sinal e uma porção da resposta do sinal da linha de base excedeu um valor-limite.
9. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma segunda placa condutora (654) configurada para ser colocada no solo adjacente e paralela à primeira placa condutora, em que a segunda placa condutora, é acoplada eletricamente ao chão; em que opcionalmente uma presença de uma raiz está associada a uma determinação de que o sinal excedeu o valor-limite; em que opcionalmente a resposta do sinal da linha de base é representativa de um sinal do sensor eletrônico no solo sem uma raiz colocada entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora ou sem uma raiz que esteja em contato tanto com a primeira placa condutora quanto com a segunda placa condutora; em que opcionalmente uma abertura entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora tem uma área transversal menor que ou igual a 1 cm2; e/ou em que opcionalmente a distância entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora é igual ou maior que 1 mm.
10. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um comutador de polaridade (706) configurado para trocar o acoplamento elétrico entre a primeira placa condutora e a segunda placa condutora.
11. Dispositivo eletrônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor de umidade (132) do solo ou um sensor de temperatura (132) acoplado eletricamente ao microcontrolador.
12. Dispositivo eletrônico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado pelo fato de que o extrator de sinal é um divisor de tensão ou um conversor analógico-digital; em que opcionalmente a estrutura de sustentação (120) compreende uma estaca ou um trado; em que opcionalmente pelo menos um dentre a pluralidade de sensores eletrônicos está afixado à estrutura de sustentação em um ângulo oblíquo em relação a uma base lateral da raiz; em que opcionalmente pelo menos um dentre a pluralidade de sensores eletrônicos está afixado a uma malha suspensa entre os membros da estrutura de sustentação; em que opcionalmente pelo menos uma porção da pluralidade de sensores eletrônicos está verticalmente adjacente um em relação ao outro em uma primeira coluna, a pluralidade de sensores opcionalmente compreende ainda dois ou mais sensores eletrônicos verticalmente adjacentes um em relação ao outro em uma segunda coluna; e/ou em que opcionalmente os contornos da estrutura de sustentação são feitos de um material biodegradável ou compostável.
13. Método para monitorar o crescimento de uma raiz de planta utilizando um dispositivo eletrônico como definido na reivindicação 7, compreendendo um ou mais processadores, memória e uma pluralidade de sensores posicionados ao redor da raiz da planta, caracterizado pelo fato de que o método compreende: carregar eletricamente, em um sensor dentre a pluralidade de sensores, uma primeira placa condutora (452) de uma fonte de alimentação (402) para uma primeira carga elétrica; desacoplar eletricamente a primeira placa condutora configurada para ser colocada no solo a partir da fonte de alimentação; extrair uma resposta de sinal na primeira placa condutora ao longo de um segundo tempo predeterminado; determinar se uma porção da resposta do sinal excede um valor-limite, em que a presença de uma raiz está associada a uma determinação de que a porção do sinal excedeu o valor-limite; e armazenar um indicador de presença de raiz à memória de acordo com a porção do sinal que excede o valor-limite.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: aterrar eletricamente uma segunda placa condutora (654), em que a segunda placa condutora é configurada para ser colocada no solo e estar adjacente e paralela à primeira placa condutora; em que opcionalmente o método compreende ainda determi-nar a taxa de crescimento da raiz, em que a taxa de crescimento da raiz é proporcional a uma coordenada tridimensional do sensor ao longo de um tempo decorrido; em que opcionalmente o método compreende ainda determi-nar a biomassa radicular da planta, em que a biomassa é proporcional a uma magnitude de capacitância do sinal e opcionalmente compreende ainda determinar a taxa de crescimento de biomassa, em que a taxa de crescimento de biomassa é proporcional à mudança na biomassa ao longo de um tempo decorrido; em que opcionalmente o método compreende ainda determi-nar o ângulo radicular da raiz da planta, em que o ângulo radicular está baseado em um ângulo entre um ponto de origem da raiz da planta e uma coordenada tridimensional do sensor; em que opcionalmente a primeira carga elétrica excede uma constante associada à impedância do solo entre a primeira placa condutora e um eletrodo de terra; e/ou em que opcionalmente o sinal excede uma constante associada à impedância do solo entre a primeira placa condutora e um eletrodo de terra.
15. Meio de armazenamento não transitório legível por com-putadorcaracterizado pelo fato de que compreende instruções que, quando executadas por um ou mais processadores do dispositivo eletrônico como definido na reivindicação 7, fazem o dispositivo: carregar eletricamente, em um sensor dentre a pluralidade de sensores, uma primeira placa condutora (452) configurada para ser colocada no solo a partir de uma fonte de alimentação (402) para uma primeira carga elétrica; desacoplar eletricamente a primeira placa condutora da fonte de alimentação; extrair uma resposta de sinal na primeira placa condutora ao longo de um segundo tempo predeterminado; determinar se uma porção da resposta do sinal excede um valor-limite, em que a presença de uma raiz está associada a uma determinação de que a porção da resposta do sinal excedeu o valor- limite; e armazenar um indicador de presença de raiz em uma memória de acordo com a porção do sinal que excede o valor-limite.
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