BR112021011582A2 - Método e dispositivo para fenotipagem de raiz não invasiva - Google Patents

Abstract

método e dispositivo para fenotipagem de raiz não invasiva. a presente invenção refere-se a detecção de raiz de planta no solo; método e dispositivo associados. um sistema exemplar compreende uma estrutura de suporte configurada para ser pelo menos parcialmente disposta no solo; uma unidade de led afixada à estrutura de supor-te, em que a unidade de led compreende um emissor e um detector, em que o emissor está configurado para produzir uma pluralidade de sinais de luz de saída, em que o detector está configurado para receber uma pluralidade de sinais de luz de retorno correspondentes à pluralidade de sinais de luz de saída, e em que cada uma da pluralidade de sinais de luz de retorno compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; e um microprocessador configurado para detectar a presença da raiz com base na pluralidade de sinais de luz de retorno.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E DISPOSITIVO PARA FENOTIPAGEM DE RAIZ NÃO INVASIVA".

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório de Patente US n.º 62/790.880, depositado em 10 de janeiro de 2019, que é incorporado neste documento por referência na sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] A presente divulgação refere-se a fenotipagem de raiz não invasiva e a sistemas habilitados por computador, dispositivos e méto- dos para rastrear o crescimento da raiz e monitorar as características da raiz ao longo do tempo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0003] A arquitetura do sistema radicular (root system architecture, RSA) descreve o arranjo espacial das raízes no solo, moldado por fa- tores genéticos e ambientais. A RSA afeta o bom estado da planta, o desempenho da colheita, o rendimento de grãos e pode influenciar a tolerância da planta à seca e a capacidade de adquirir nutrientes. Por exemplo, estudos mostraram que a modificação de um único gene, DEEPER ROOTING 1 (DRO1) no arroz muda o ângulo da raiz sem alterar o comprimento total da raiz. Esta ligeira mudança no ângulo da raiz direciona as raízes para baixo, o que fornece à planta mais acesso à água subterrânea. Como tal, o arroz modificado (por exemplo, arroz com o gene DRO1) rende 10% menos sob condições de seca, en- quanto o arroz não modificado (por exemplo, arroz sem o gene DRO1) rende 60% menos sob as mesmas condições em comparação às con- dições bem regadas.

[0004] As características da raiz raramente têm sido aplicadas a programas de melhoramento, em parte devido à dificuldade em medir e monitorar o crescimento da raiz em solos escuros e complexos. As técnicas atuais reduzem o rendimento da colheita ou interferem no ci-

clo de crescimento das plantas. Uma técnica, por exemplo, arranca pela raiz plantas cultivadas no campo para uma medição de ponto no tempo único. Essa técnica não apenas é destrutiva, mas o processo de desenraizamento altera fatores in situ (por exemplo, remove a fun- dação do solo), que podem distorcer as medições (por exemplo, medi- ções do ângulo da raiz sem solo).

[0005] Uma técnica menos destrutiva fornece uma janela de visua- lização, como um rizotron, para observar as raízes ao longo do tempo. Esta técnica coloca uma barreira transparente no caminho de cresci- mento da raiz para visualizar as raízes que crescem adjacentes à jane- la de visualização da câmera do rizotron. Essa técnica interfere no ci- clo natural de crescimento da planta, pois intencionalmente obstrui o caminho natural de desenvolvimento das raízes.

[0006] O monitoramento em tempo real da RSA durante a estação de crescimento, sem interferir no ciclo de crescimento da planta, pode fornecer informações inestimáveis que podem ser usadas para produ- zir plantas mais saudáveis e uma colheita mais abundante. Como tal, existe um desafio para técnicas não invasivas melhoradas para moni- torar fenótipos de raiz, tais como taxa de crescimento, comprimento, ângulo e semelhantes.

SUMÁRIO

[0007] Em algumas modalidades, um sistema exemplar para de- tectar uma raiz de uma planta no solo compreende uma estrutura de suporte configurada para ser pelo menos parcialmente disposta no so- lo; uma unidade de LED afixada à estrutura de suporte, em que a uni- dade de LED compreende um emissor e um detector, em que o emis- sor está configurado para produzir uma pluralidade de sinais de luz de saída, em que o detector está configurado para receber uma pluralida- de de sinais de luz retornados correspondentes à pluralidade de sinais de luz de saída, e em que cada uma da pluralidade de sinais de luz retornados compreende pelo menos uma porção de sinal de luz de sa- ída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; e um microprocessador configurado para detectar a presença da raiz com base na pluralidade de sinais de luz retornados.

[0008] Em algumas modalidades, o sistema ainda compreende um extrator de sinal configurado para extrair uma pluralidade de leituras digitais com base na pluralidade de sinais de luz retornados. Em algu- mas modalidades, o extrator de sinal compreende um divisor de volta- gem, um conversor analógico-digital ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, detectar a raiz com base na pluralidade de si- nais de luz retornados compreende: determinar uma diferença entre um brilho de um primeiro sinal retornado e um brilho de um segundo sinal retornado da pluralidade de sinais retornados. Em algumas mo- dalidades, a unidade de LED ainda compreende uma partição, em que a partição é configurada para reduzir a detecção da pluralidade de si- nais de luz de saída pelo detector. Em algumas modalidades, a unida- de de LED ainda compreende uma lente. Em algumas modalidades, a unidade de LED é selecionada com base em uma ou mais característi- cas do solo, uma ou mais características da raiz ou uma combinação destas. Em algumas modalidades, a estrutura de suporte compreende uma pá, em que a pá compreende uma pluralidade de unidades de LED afixadas à mesma. Em algumas modalidades, a pluralidade de unidades de LED é disposta em uma configuração linear. Em algumas modalidades, a pluralidade de unidades de LED é disposta com base em uma ou mais características da planta. Em algumas modalidades, o sistema ainda compreende um ou mais sensores capacitivos para detectar a raiz da planta. Em algumas modalidades, as informações associadas à pluralidade de sinais de luz retornados são transmitidas a um sistema de computador remoto por meio de uma rede sem fio. Em algumas modalidades, o microprocessador é configurado para de-

tectar a presença de um invertebrado no solo com base na pluralidade de sinais de luz retornados. Em algumas modalidades, o microproces- sador é configurado para determinar, com base na pluralidade de si- nais de luz retornados: uma taxa de crescimento da raiz, um ângulo da raiz, uma densidade de um grupo de raízes ou uma combinação des- tes. Em algumas modalidades, o sistema ainda compreende uma fonte de alimentação eletricamente acoplada à unidade de LED, em que a fonte de alimentação é configurada para fornecer uma carga elétrica à unidade de LED.

[0009] Em algumas modalidades, um método exemplar para de- tectar uma raiz de uma planta no solo compreende transmitir, a partir de um emissor disposto no solo, uma pluralidade de sinais de luz de saída; receber, a partir de um detector disposto no solo, uma plurali- dade de sinais de luz retornados correspondentes à pluralidade de si- nais de luz de saída, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz retornados compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de sa- ída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; extrair uma pluralidade de respostas de sinal correspondentes à plura- lidade de sinais de luz retornados; e detectar a presença da raiz com base na pluralidade de respostas de sinal. Em algumas modalidades, a pluralidade de respostas de sinal compreende uma pluralidade de leituras digitais. Em algumas modalidades, o método usa um sistema de acordo com qualquer uma das modalidades acima.

[0010] Em algumas modalidades, um método exemplar para de- tectar uma raiz de uma planta no solo compreende transmitir, a partir de um emissor disposto no solo, uma pluralidade de sinais de luz de saída; receber, a partir de um detector disposto no solo, uma plurali- dade de sinais de luz retornados correspondentes à pluralidade de si- nais de luz de saída, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz retornados compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de sa-

ída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; extrair uma pluralidade de respostas de sinal correspondentes à plura- lidade de sinais de luz retornados; e detectar a presença da raiz com base na pluralidade de respostas de sinal. Em algumas modalidades, a pluralidade de respostas de sinal compreende uma pluralidade de leituras digitais. Em algumas modalidades, o método ainda compreen- de transmitir, a partir de um segundo emissor disposto no solo, uma segunda pluralidade de sinais de luz de saída; receber, a partir de um segundo detector disposto no solo, uma segunda pluralidade de sinais de luz de saída correspondentes à segunda pluralidade de sinais de luz de saída, em que cada uma da segunda pluralidade de sinais de luz retornados compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a ra- iz; extrair uma segunda pluralidade de respostas de sinal correspon- dendo à segunda pluralidade de sinais de luz retornados; detectar uma presença da raiz com base na segunda pluralidade de respostas de sinal; e com base na primeira e na segunda pluralidade de respostas de sinal, determinar uma característica de crescimento da raiz da plan- ta, em que a característica de crescimento é selecionada a partir do grupo que consiste em taxa de crescimento, ângulo da raiz, compri- mento da raiz e biomassa da raiz. Em algumas modalidades, a planta é uma colheita em linha. Em algumas modalidades, a planta é selecio- nada a partir do grupo que consiste em milho, soja, arroz, trigo, sorgo, tomate e alfafa. Em algumas modalidades, o método usa um sistema de acordo com qualquer uma das modalidades acima.

[0011] Em algumas modalidades, um método exemplar para de- tectar um organismo do solo compreende transmitir, a partir de um emissor disposto no solo, uma pluralidade de sinais de luz de saída; receber, a partir de um detector disposto no solo, uma pluralidade de sinais de luz retornados correspondentes à pluralidade de sinais de luz de saída, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz retornados compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída corres- pondente refletido de pelo menos um dentre solo e organismo do solo; extrair uma pluralidade de respostas de sinal correspondente à plurali- dade de sinais de luz retornados; e detectar a presença do organismo do solo com base na pluralidade de respostas de sinal. Em algumas modalidades, a pluralidade de respostas de sinal compreende uma pluralidade de leituras digitais. Em algumas modalidades, o organismo do solo é um verme ou inseto. Em algumas modalidades, o organismo do solo é um verme da raiz do milho. Em algumas modalidades, o mé- todo usa um sistema de acordo com qualquer uma das modalidades acima.

[0012] Em algumas modalidades, um método exemplar para moni- torar o crescimento de uma raiz de uma planta no solo compreende o posicionamento de uma pluralidade de emissores e uma pluralidade de detectores em torno de um local do solo, em que uma planta com uma raiz é plantada no local do solo; transmitir, a partir de um emissor da pluralidade de emissores dispostos no solo, uma pluralidade de si- nais de luz de saída; receber, a partir de um detector da pluralidade de detectores dispostos no solo, uma pluralidade de sinais de luz retorna- dos correspondentes à pluralidade de sinais de luz de saída, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz retornados compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; extrair uma pluralidade de respostas de sinal correspondentes à pluralidade de sinais de luz re- tornados; detectar uma presença da raiz com base na pluralidade de respostas de sinal; e determinar uma característica de crescimento da raiz da planta com base na presença detectada da raiz. Em algumas modalidades, um método exemplar para monitorar o crescimento de uma raiz de uma planta no solo compreende o plantio de uma semente em um local do solo; posicionar uma pluralidade de emissores e uma pluralidade de detectores em torno do local do solo; após a semente ter crescido em uma planta com uma raiz, transmitindo, a partir de um emissor da pluralidade de emissores dispostos no solo, uma pluralida- de de sinais de luz de saída; receber, a partir de um detector da plura- lidade de detectores dispostos no solo, uma pluralidade de sinais de luz retornados correspondentes à pluralidade de sinais de luz de saí- da, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz retornados com- preende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída correspon- dente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; extrair uma pluralidade de respostas de sinal correspondentes à pluralidade de si- nais de luz retornados; detectar uma presença da raiz com base na pluralidade de respostas de sinal; e determinar uma característica de crescimento da raiz da planta com base na presença detectada da ra- iz. Em algumas modalidades, o método usa um sistema de acordo com qualquer uma das modalidades acima.

[0013] Deve-se entender que uma, algumas, ou todas as proprie- dades das várias modalidades descritas neste documento podem ser combinadas para formar outras modalidades da presente invenção. Estes e outros aspectos da invenção se tornarão evidentes para um versado na técnica. Estas e outras modalidades da invenção são adi- cionalmente descritas pela descrição detalhada a seguir.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0014] A FIG. 1 representa um sistema de fenotipagem de raiz não invasivo exemplar.

[0015] A FIG. 2 representa uma pluralidade de unidades de LED exemplares afixadas a uma pá, de acordo com vários exemplos.

[0016] A FIG. 3 representa um processo exemplar para detectar uma raiz de uma planta no solo, de acordo com vários exemplos.

[0017] A FIG. 4 representa um processo exemplar para detectar uma raiz de uma planta no solo, de acordo com vários exemplos.

[0018] A FIG. 5 representa um dispositivo eletrônico exemplar de acordo com algumas modalidades.

[0019] As FIGS. 6A e 6B representam dados exemplares relacio- nados ao crescimento da raiz obtidos por uma pluralidade de unidades de LED exemplar de acordo com algumas modalidades.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0020] A presente divulgação fornece um sistema de fenotipagem de raiz não invasivo para detectar e/ou monitorar o crescimento de uma raiz de planta. Em algumas modalidades, o dispositivo eletrônico inclui uma estrutura de suporte (por exemplo, uma pá) adequada para inserção no solo (por exemplo, adjacente à raiz da planta). O dispositi- vo eletrônico inclui ainda uma pluralidade de unidades de LED treliça- da para a estrutura de suporte. O sistema pode ainda incluir um micro- processador, um extrator de sinal (por exemplo, divisor de tensão, conversor analógico para digital) e/ou uma fonte de alimentação (por exemplo, fonte de tensão ou corrente). Cada unidade de LED pode incluir um emissor e um detector. O emissor é configurado para produ- zir uma pluralidade de sinais de luz de saída e o detector é configura- do para receber uma pluralidade de sinais de luz retornados corres- pondendo à pluralidade de sinais de luz de saída. Ao analisar como as características dos sinais de luz retornados variam ao longo do tempo e ao correlacionar os sinais de luz retornados com os locais das uni- dades de LED que detectaram os sinais de luz, o microprocessador pode obter informações valiosas sobre os objetos e eventos no solo.

[0021] Os sensores e dispositivos eletrônicos da presente divulga- ção implementam técnicas de fenotipagem de raiz não invasiva, como as técnicas para monitorar o crescimento de uma raiz de planta, técni- cas para selecionar uma planta para reprodução com base em uma característica de crescimento de raiz, técnicas para determinar um efeito de uma interação planta-micróbio em uma característica de crescimento da raiz e/ou técnicas para monitorar um organismo do so- lo. Essas técnicas descritas neste documento fornecem monitoramen- to do crescimento da raiz da planta in situ enquanto a planta está cres- cendo, fornecem uma resolução mais alta de monitoramento da RSA do que os dispositivos existentes (por exemplo, minirrizotron) e forne- cem uma solução de baixo custo que é adequada para uso em campo com interferência mínima no crescimento da planta.

[0022] A descrição seguinte apresenta métodos exemplares, pa- râmetros e semelhantes. Deve ser reconhecido, no entanto, que tal descrição não pretende ser uma limitação do escopo da presente di- vulgação, mas, ao contrário, é fornecida como uma descrição de mo- dalidades exemplificativas.

[0023] Embora a descrição a seguir use os termos "primeiro", "se- gundo" etc. para descrever vários elementos, esses elementos não devem ser limitados pelos termos. Estes termos são utilizados somen- te para distinguir um elemento de um outro. Por exemplo, um primeiro sinal de luz de saída pode ser denominado um segundo sinal de luz de saída e, da mesma forma, um segundo sinal de luz de saída pode ser denominado um primeiro sinal de luz de saída, sem se afastar do es- copo das várias modalidades descritas. O primeiro sinal de luz de saí- da e o segundo sinal de luz de saída são ambos sinais de luz de saí- da, mas não são o mesmo sinal de luz de saída.

[0024] A terminologia usada na descrição das várias modalidades descritas neste documento tem a finalidade de descrever modalidades particulares apenas e não se destina a ser limitante. Conforme usado na descrição das várias modalidades descritas e nas reivindicações anexas, as formas singulares "um", "uma" e "o" destinam-se a incluir as formas plurais também, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Também será entendido que o termo "e/ou", conforme usado neste documento, se refere e abrange quaisquer e todas as combinações possíveis de um ou mais dos itens listados associados. Será ainda entendido que os termos "inclui", "incluindo", "compreende" e/ou "compreendendo", quando usados neste relatório descritivo, es- pecificam a presença de características, inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes declarados, mas não excluem a presen- ça ou a adição de uma ou mais outras características, inteiros, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos destes.

[0025] O termo "se" é, opcionalmente, interpretado como signifi- cando "quando" ou "após" ou "em resposta à determinação" ou "em resposta à detecção", dependendo do contexto. Da mesma forma, a frase "se for determinado" ou "se [uma condição ou evento declarado] for detectado" é, opcionalmente, interpretada como significando "ao determinar" ou "em resposta à determinação" ou "ao detectar [a condi- ção declarada ou evento]"ou" em resposta à detecção [da condição ou evento declarado] ", dependendo do contexto.

[0026] A FIG. 1 ilustra um sistema de fenotipagem de raiz não in- vasivo exemplar 100. O sistema de fenotipagem de raiz 100 inclui uma estrutura de suporte adequada para arranjo em um local do solo adja- cente a uma planta 140. A estrutura de suporte está pelo menos parci- almente disposta no solo. No exemplo representado, a estrutura de suporte é uma estrutura de armação 120 com suporte circular superior 122A, suportes circulares intermediários 122B e suporte circular inferi- or 122C, que são conectados ao suporte vertical estendido 114 e aos suportes verticais 110 que formam um suporte principal para a estrutu- ra de suporte.

[0027] Suportes circulares adicionais podem ser adicionados a uma estrutura de armação desejada 120. Por exemplo, uma estrutura de armação 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. suportes circulares. O número de suportes circulares a ser usado pode ser influenciado, por exemplo, por um es- paçamento e/ou densidade desejados dos suportes circulares da ar- mação; um tamanho, formato e/ou complexidade da RSA a ser monito- rado; a forma e/ou configuração do dispositivo; uma série de entradas que podem ser acomodadas por um microcontrolador da presente di- vulgação; e assim por diante. Da mesma forma, a estrutura de arma- ção 120 pode ser uma broca ou incluir uma lâmina helicoidal fixada à estrutura de armação 120 para facilitar a escavação da estrutura de armação 120 no solo em torno da planta 140.

[0028] Em alguns exemplos, a estrutura de armação 120 é feita de qualquer material que resiste 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 de armação 120 pode ser metal (por exemplo, aço galvanizado, aço inoxidável), plástico (por exemplo, bioplásticos) e semelhantes. Em alguns exemplos, a estrutu- ra de armação 120 é feita de material biodegradável e/ou compostável, como ácido polilático (PLA), poli-3-hidroxibutirato (PHB), polihidroxial- canoatos (PHA) e semelhantes. Em alguns casos, uma impressora 3- D pode ser utilizada para construir a estrutura de armação 120 usando um termoplástico adequado (por exemplo, PLA). Em alguns casos, a estrutura de armação 120 pode ser moldada por injeção usando um termoplástico adequado (por exemplo, PLA).

[0029] A estrutura de armação 120 ainda compreende uma ou mais pás 126. Por exemplo, uma pluralidade de pás 126 pode ser treli- çada em um suporte circular superior 122A, um suporte circular médio 122B e um suporte circular inferior 122C, como representado na FIG.

1. Em alguns casos, a pluralidade de pás 126 pode ser treliçada no suporte vertical estendido 114 e suportes verticais 110 que fornecem uma posição relativamente fixa durante a inserção em um local do solo e operação subsequente. Em alguns casos, uma ou mais da pluralida- de de pás 126 podem ser fornecidas em uma malha e posicionadas entre os suportes verticais 110 e os suportes circulares 122A, 122B, 122C.

[0030] Conforme discutido posteriormente com referência às FIGS. 2-4, uma ou mais unidades de LED (não representadas) podem ser afixadas a uma ou mais das pás 126. Cada uma das unidades de LED é eletricamente acoplada (por exemplo, por meio de interconexões com fio, sem fio) a um controlador 130. O controlador 130 pode incluir um microcontrolador ou um microprocessador que está configurado para detectar e rastrear o crescimento da raiz.

[0031] Conforme representado na FIG. 1, o controlador 130 inclui uma unidade de comunicação (por exemplo, antena 108, porta 1/O pa- ra cabo 106) configurada para transmitir dados sensoriais para um dispositivo móvel 154 (por exemplo, smartphone, tablet PC). Em al- guns casos, a unidade de comunicação pode transmitir dados sensori- ais através do cabo 106 para um dispositivo móvel 154. Em alguns ca- sos, 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. Nesse caso, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor serial etc.) para transmitir e receber comunicações seriais. Em alguns exemplos, a unidade de comunica- ção pode incluir uma antena 108 e circuitos configurados para transmi- tir dados sensoriais sem fio (por exemplo, Bluetooth, WiFi ou transmis- sor ou antena de 900 MHz) para o dispositivo móvel 154. Nesse caso, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor Bluetooth, transceptor WiFi) para transmitir e receber comunicações seriais por meio de protocolos sem fio. Em alguns exemplos, a unida- de de comunicação pode incluir uma antena 108 e circuitos configura- dos para transmitir dados sensoriais através de uma rede celular (por exemplo, 3G, 4G, LTE) para a torre de celular ou dispositivo móvel

154. Nesse caso, a unidade de comunicação inclui circuitos (por exemplo, transceptor 3G, transceptor 4G, transceptor LTE) para transmitir e receber comunicações por meio de protocolos celulares.

[0032] O sistema de fenotipagem de raiz 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 do solo e/ou uma ou mais condições acima do solo em ou perto de localização do solo. Em geral, o sensor de solo 134 está localizado dentro do solo ou na interface ar/solo, e o sensor ambiente 136 está localizado acima do solo ou na interface ar/solo. Por exem- plo, 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, umidade, pH etc.) do solo situado na ou perto da localização da planta. Em alguns casos, o sensor de solo 134 é um sensor de nutrientes. Em alguns casos, o sensor de solo 134 é um sensor de umidade do solo, um sensor de umidade ou um sensor de temperatura.

[0033] O sensor de ambiente 136 é configurado para determinar uma ou mais condições ambientais/ambientais acima do solo. Em al- guns exemplos, o sensor de ambiente 136 é configurado para deter- minar uma ou mais condições ambientais (por exemplo, umidade, temperatura, luz etc.) associadas à planta. Em alguns casos, o sensor de ambiente 136 é um sensor de temperatura ou um sensor de umida- de. Em alguns casos, o sensor ambiente 136 é um sensor de chuva ou um sensor de luz. Tanto o sensor de solo 134 quanto o sensor de am- biente 136 fornecem informações in situ a respeito de localizações de campo localizadas (por exemplo, relacionadas à dessecação do solo e/ou retenção de fertilizante). Essas informações auxiliam os criadores e produtores a direcionar a irrigação e/ou fertilizantes para locais de campo específicos, o que proporciona economia de custos e energia.

[0034] A energia fornecida ao controlador 130 do sistema de feno- tipagem de raiz 100 inclui uma ou mais fontes de energia. Por exem- plo, conforme representado na FIG. 1, o sistema de fenotipagem de raiz 100 pode incluir célula solar 132 afixada ao suporte vertical esten- dido 114 para fornecer energia elétrica ao controlador 130. Outras fon- tes de energia adequadas podem incluir uma ou mais células solares, uma ou mais baterias ou qualquer combinação destas (por exemplo, célula solar 132 configurada para carregar uma bateria). Em alguns exemplos, o controlador 130 da presente divulgação tem modos ativos e desligados, que fornecem modulação de consumo de energia.

[0035] Detalhes adicionais do sistema de fenotipagem de raiz 100 podem ser encontrados no Pedido de Patente US n.º de série 15/778.195, intitulado "METHODS AND DEVICES FOR NON- INVASIVE ROOT PHENOTYPING," depositado em 22 de maio de 2018, cujo conteúdo é incorporado neste documento por referência em relação a sistemas de fenotipagem de raízes, bem como seus compo- nentes e características.

[0036] A FIG. 2 ilustra uma pluralidade de unidades de LED exem- plares configuradas para coletar dados para detectar crescimento de raiz e traços de raiz, de acordo com algumas modalidades. Como mostrado na FIG. 2, seis unidades de LED são fixadas na superfície de uma pá 220. A pá 220 pode ser qualquer uma das pás 126 mostra- das na FIG. 1 e pode ser fixada a uma estrutura de suporte, tal como a estrutura de armação 120 mostrada na FIG. 1. Em algumas modalida- des, a pá pode ser à prova de água para evitar curto-circuito. Em al- gumas modalidades, a impermeabilização é obtida usando material de encapsulamento e envasamento de resina epóxi transparente. A resi- na líquida é aplicada sobre as conexões de solda expostas às unida- des do emissor e do detector e endurece para formar uma janela ópti-

ca de plástico transparente. Essa camada cobre as conexões elétricas expostas, mas pode se estender por mais da superfície da pá para cri- ar uma geometria mais favorável à inserção no solo. O epóxi para en- capsulamento é desejável para proteção mecânica do emissor e do detector contra as forças de inserção no solo também. Um sistema da presente divulgação pode compreender um ou mais, dois ou mais, três ou mais, quatro ou mais, cinco ou mais, seis ou mais, sete ou mais, oito ou mais, nove ou mais, dez ou mais, quinze ou mais, ou vinte ou mais pás.

[0037] A FIG. 2 fornece ainda uma visão ampliada de uma das seis unidades de LED. Como mostrado, a unidade de LED 230 com- preende um emissor 232 e um detector 234. O emissor 232 está confi- gurado para produzir uma pluralidade de sinais de luz de saída. O emissor pode ser implementado por meio de qualquer tipo de fonte de luz capaz de produzir sinais de luz. Em algumas modalidades, o emis- sor inclui uma ou mais luzes LED da mesma ou de cores diferentes. Em certas modalidades, o emissor é uma luz vermelha, emissor de LED de banda estreita e/ou o detector é um detector de fototransistor de banda larga.

[0038] Os sinais de luz produzidos pelo emissor podem ser de comprimento de onda único ou comprimento de onda múltiplo. Se o emissor é de banda estreita (por exemplo, comprimento de onda úni- co) e múltiplos emissores com diferentes comprimentos de onda em- parelhados com um detector de banda larga, a cor do objeto detectado pode ser determinada pela diferença relativa entre os sinais produzi- dos pela iluminação por uma cor de luz em um tempo. Por exemplo, se o objeto for vermelho, ele produzirá um sinal forte quando iluminado com luz vermelha, mas um sinal fraco sob luz verde. Um objeto branco teria um sinal forte sob a iluminação vermelha e verde, e um objeto verde responderia fortemente à iluminação verde, mas fracamente ao vermelho. Se os emissores forem vermelhos, verdes e azuis, uma de- terminação de cor razoável pode ser feita com qualquer objeto de cor. O emissor de banda estreita também pode ter um custo mais baixo e envolver uma implementação mais simples. Uma fonte de luz de ban- da larga tem a vantagem de ter uma resposta melhor e uniforme a to- das as cores de objeto detectadas. Em algumas modalidades, a de- terminação da cor pode ser feita com um único emissor de amplo es- pectro emparelhado com vários detectores de banda estreita. O objeto detectado seria iluminado com luz branca e detectores sensíveis a apenas uma faixa estreita de luz refletida podem ser usados para de- terminar a cor do objeto.

[0039] Em algumas modalidades, o emissor da unidade de LED é selecionado com base em sua emissão espectral, eficiência luminosa ou uma combinação destas.

[0040] O detector 234 está configurado para receber uma plurali- dade de sinais de luz retornados correspondendo à pluralidade de si- nais de luz de saída. O detector 234 pode ser implementado por meio de qualquer tipo de detector capaz de detectar a presença e as carac- terísticas (por exemplo, magnitude) dos sinais de luz. Em algumas modalidades, o detector inclui um ou mais fototransistores e/ou um ou mais fotodiodos. O detector pode ter comprimento de onda único ou comprimento de onda múltiplo. O detector 234 pode produzir leituras de voltagem analógicas em resposta aos sinais de luz de entrada. Em algumas modalidades, o detector da unidade de LED é selecionado com base em sua resposta espectral, responsividade, corrente escura, tempo de resposta, espectro de ruído ou uma combinação destes.

[0041] A unidade de LED 230 pode ser eletricamente acoplada a um microprocessador (não representado). Em algumas modalidades, as leituras de tensão analógica produzidas pelo detector 234 são con- vertidas em leituras digitais por um conversor analógico para digital. O conversor pode fazer parte do microprocessador. O microprocessador pode ajustar as configurações do conversor para fazer leituras usando diferentes tensões de referência para alterar a faixa e a precisão das leituras.

[0042] Em algumas modalidades, a unidade de LED é selecionada para o sistema de fenotipagem de raiz não invasivo com base no tipo de solo, tipo de raiz ou uma combinação destes. O solo em diferentes localizações geográficas pode ter diferentes características físicas, como cor, densidade e refletividade. Além disso, diferentes tipos de plantas podem ter raízes de diferentes cores, tamanhos e formas. As- sim, o espectro de cores na unidade de LED pode ser ajustado com base nas características do solo e da raiz. Por exemplo, e sem querer se limitar à teoria, com uma unidade de detecção de uma única cor a melhor resposta de sinal pode vir de um detector que é mais sensível à cor da raiz do que à cor do solo. Para solo argiloso vermelho escuro, uma raiz branca pode ser mais bem detectada por uma luz verde, pois isso maximizaria a maior diferença entre a raiz e o solo, já que o solo refletiria mal a luz verde. Assim, o espectro de cores na unidade de LED pode ser selecionado para minimizar a reflexão do solo e outros objetos enquanto maximiza a reflexão da raiz da planta.

[0043] Em algumas modalidades, a unidade de LED 230 ainda compreende uma partição 236. A partição 236 é configurada para evi- tar que o detector receba e detecte diretamente os sinais de luz de sa- ída produzidos pelo emissor da unidade de LED. A partição 236 pode direcionar o sinal de luz de saída de modo que ele percorra em direção à superfície do solo e seja refletido pelo solo ou pelos objetos no solo (por exemplo, raízes) antes de atingir o detector. Assim, a partição po- de melhorar o desempenho do sistema de detecção de raiz, evitando a interconexão entre o emissor 232 e o detector 234. Em algumas moda- lidades, a partição é de um material plástico e fabricada usando tecno-

logias de impressão 3D. Em algumas modalidades, a partição é fabri- cada por fundição ou ferramenta de controle numérico de computador (computer numeric control, CNC).

[0044] Em algumas modalidades, unidade de LED 230 ainda com- preende uma lente. A lente é configurada para focar a luz que entra no detector. Em algumas modalidades, a mesma lente ou uma segunda lente podem ser usadas para focar a luz do emissor em direção à su- perfície do solo para uma iluminação mais intensa. A lente pode ser de qualquer formato, como circular, quadrada ou hexagonal.

[0045] No exemplo representado, as seis unidades de LED são dispostas em uma configuração linear na pá 220. Deve ser apreciado que qualquer número de unidades de LED pode ser disposto em qual- quer configuração na pá. Dependendo do padrão de crescimento es- perado e das características físicas da raiz (por exemplo, comprimen- to, ângulo, forma), o arranjo das unidades de LED e o posicionamento relativo das unidades de LED em relação à planta podem ser feitos para facilitar a detecção do crescimento da raiz. Por exemplo, as uni- dades de LED podem ser dispostas e posicionadas ao longo do com- primento esperado da raiz da planta. Como outro exemplo, as unida- des de LED podem ser dispostas ao longo da borda externa da pá, em que a maioria das raízes deve passar. Além disso, várias fileiras de unidades de LED podem ser dispostas na pá para facilitar a detecção de um agrupamento próximo de raízes. Em algumas modalidades, du- as ou mais filas são dispostas na pá vertical ou horizontalmente deslo- cadas uma da outra. Em algumas modalidades, a orientação e a colo- cação da pá e/ou a estrutura de suporte podem ser determinadas de maneira semelhante.

[0046] Em algumas modalidades, um ou mais sensores capaciti- vos (não representados) são afixados à pá 220, além das unidades de LED. Sensores de toque capacitivos podem ser mais adequados para detectar uma raiz quando a raiz é de uma cor mais escura ou o con- traste entre a raiz e o solo é menos visível.

Porém, o desempenho dos sensores capacitivos de toque pode ser afetado negativamente por certos fatores ambientais, como propriedades elétricas do solo (água saturada e/ou compactada). Se o solo tiver alta condutividade elétrica por ser úmido, salgado, compactado ou uma combinação de causas, o sinal disponível dos sensores de toque capacitivos torna-se mais fraco.

Nessas condições, a confiabilidade da detecção de sensores capaciti- vos pode ser diminuída.

Quanto maior a condutividade do solo, mais sinal é perdido.

Isso significa que poucos ou nenhum toque de raiz po- de ser detectado até que o solo seque e se torne menos condutor.

Em contraste, as unidades de LED geralmente são menos imunes a fato- res ambientais e podem gerar sinais mais limpos.

Assim, unidades de LED e sensores capacitivos podem ser usados simultaneamente para reunir vários conjuntos de dados que, quando agregados e com refe- rência cruzada, podem produzir resultados mais precisos.

Como exemplo, um processo de processamento de sinal para detecção de raiz usando o sistema de toque capacitivo pode envolver a compara- ção do sinal de um detector individual com os sinais dos detectores na mesma pá, com os sinais de detectores em outras pás na mesma pro- fundidade no solo, para o sinal médio global da unidade individual e para os sinais médios de outras unidades (por exemplo, unidades de LED) implantadas no mesmo local de campo.

Como há ruído no sis- tema de detecção de toque capacitivo, esses métodos são necessá- rios para distinguir eventos globais, como uma tempestade de chuva, de eventos de detectores individuais, como um toque de raiz.

Em ou- tras palavras, informações adicionais podem ser obtidas a partir do conjunto de dados fazendo comparações entre muitos sensores (e muitos tipos diferentes de sensores) para identificar e corrigir o ruído.

Detalhes adicionais sobre o uso de sensores de toque capacitivos para detectar o crescimento da raiz são fornecidos no Pedido de Patente Provisório US n.º de série 15/778.195, intitulado "METHODS AND DEVICES FOR NON-INVASIVE ROOT PHENOTYPING", depositado em 22 de maio de 2018, cujo conteúdo é por meio deste incorporado por referência no que diz respeito a sistemas de fenotipagem de raiz, bem como componentes e características destes.

[0047] Em algumas modalidades, um sistema da presente divulga- ção pode compreender uma ou mais unidades de LED da presente divulgação e uma ou mais placas condutoras (por exemplo, conforme descrito no Pedido de Patente US n.º de série 15/778.195). Sem dese- jar se limitar à teoria, pensa-se que as unidades de LED podem ser mais adequadas para a detecção de raízes em certos tipos de solo (por exemplo, saturado com água, compactado etc.) e/ou certos tipos de raízes de plantas, em comparação com placas condutoras. As uni- dades de LED e os sensores de toque capacitivos podem ser coloca- dos ou intercalados na pá. Por exemplo, uma unidade de LED pode ser localizada no meio de um painel detector capacitivo. Como outro exemplo, as unidades de LED e os sensores de toque capacitivos po- dem ser dispostos em uma configuração linear de uma maneira alter- nada.

[0048] A FIG. 3 ilustra um processo exemplar para detectar cres- cimento de raiz e características usando a presente invenção, de acordo com algumas modalidades. Conforme mostrado, a pá 320 é disposta verticalmente no solo. A pá 320 inclui pelo menos uma unida- de de LED (não representada) afixada na pá. A unidade de LED pode ser a unidade de LED 230 descrita com referência à FIG. 2.

[0049] Em To, T1, e To, o emissor da unidade de LED na pá 320 que produz sinais de luz de saída So, S1: e S>, respectivamente. Poste- riormente, o detector da unidade de LED recebe os sinais de luz retor- nados correspondentes Ro, R:1 e R2, respectivamente. Cada uma da pluralidade de sinais de luz retornados Ro, R: e R2 compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída correspondente So, S; e S2 que é refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz. Em particular, Ro compreende uma porção do sinal de luz de saída So refletido do solo (por exemplo, superfície do solo). R: compreende uma porção do sinal de luz de saída S; refletido do solo e da raiz da planta 140. R2 compreende uma porção do sinal de luz de saídas, refletido do solo e da raiz da planta 140.

[0050] Conforme a raiz da planta 140 cresce no solo, a raiz pode refletir uma grande quantidade de luz. Por exemplo, se a unidade de LED produz os mesmos sinais de luz de saída em To, T: e T2 (ou seja, So, S1 e S2 são idênticos em magnitude e direção), os sinais de luz re- tornados Ro, R: e R2recebidos pelas unidades de LED são diferentes em magnitude. Especificamente, R2 é maior do que R; em magnitude, porque a raiz da planta 140 em T> pode refletir mais luz do que a raiz em T,. Da mesma forma, R: é maior do que Ro em magnitude, porque a raiz da planta 140 em T; pode refletir mais luz do que meramente o solo em To.

[0051] Conforme discutido acima, a unidade de LED na pá 320 pode ser eletricamente acoplada a um microprocessador. O micropro- cessador pode processar cada sinal de luz retornado para obter várias características do sinal de luz, como a magnitude. Ao analisar como as características dos sinais de luz variam ao longo do tempo e ao corre- lacionar os sinais de luz com os locais das unidades de LED que de- tectaram os sinais de luz, o microprocessador pode obter informações valiosas sobre os objetos e eventos no solo. Por exemplo, o retorno de sinais de luz que se tornam mais fortes (por exemplo, mais brilhantes) ao longo do tempo pode indicar a presença de um objeto (por exem- plo, o aparecimento de uma raiz) ou o movimento de um objeto (por exemplo, a extremidade distal da raiz se aproximando do detector).

Como outro exemplo, para unidades de LED com vários emissores ou detectores, a cor pode ser medida pela mudança de magnitude relativa ao alternar entre diferentes comprimentos de onda.

[0052] Os sinais de luz retornados também podem ser usados pa- ra determinar o tipo de objeto no solo. Um objeto no solo pode ser re- lativamente estacionário (por exemplo, raiz) ou dinâmico (por exemplo, invertebrado). Com base em como os sinais de luz retornados mudam ao longo do tempo e nas características dos sinais de luz retornados, o sistema pode determinar se o objeto está estacionário ou em movi- mento. A taxa de mudança de magnitude ao longo do tempo, bem co- mo a permanência do sinal, pode ser usada para ajudar a determinar o tipo de objeto. As mudanças que ocorrem muito rapidamente não são provavelmente o crescimento da raiz. Um método simples seria anali- sar os dados para determinar o tempo que leva para o sinal ir de uma leitura de linha de base para exceder um limite. Se essa escala de tempo não for razoável para o crescimento da raiz, o que deve levar várias horas, provavelmente não é uma raiz. É mais provável que um inseto ou verme leve segundos ou minutos para produzir a mesma mudança na magnitude do sinal. Além disso, as mudanças que desa- parecem depois de algum tempo também não são provavelmente raí- zes. Assim, o sistema pode procurar decadência de sinal após uma detecção potencial. Se o sinal retornar ao nível da linha de base, é mais provável que seja o resultado de um invertebrado que se afastou do detector.

[0053] Os sinais de luz retornados também podem ser usados pa- ra determinar as características físicas do objeto no solo. Por exemplo, o sistema pode determinar o ângulo de uma raiz, a forma de uma raiz e a densidade de um grupo de raízes. Além disso, o sistema pode de- terminar a taxa de crescimento de uma raiz.

[0054] O microprocessador pode processar os dados recebidos da unidade de LED localmente ou passar os dados para um transmissor de rádio, que transmite os dados sem fio para armazenamento e pro- cessamento em um sistema de computador remoto. O sistema de computador remoto pode receber dados de várias unidades de LED, várias pás e/ou várias estruturas de armação. Além disso, o sistema de computador remoto pode receber dados de outros tipos de senso- res, como sensores de solo e sensores de ambiente. Ao agregar da- dos de diferentes localizações geográficas e/ou de diferentes senso- res, o sistema pode obter dados valiosos sobre os padrões de cresci- mento das raízes e como o crescimento das raízes é afetado por dife- rentes localizações geográficas, diferentes condições de solo e dife- rentes fatores ambientais (por exemplo, presença de bactérias, inver- tebrado etc.).

[0055] A FIG. 4 representa um processo exemplar para detectar uma raiz de uma planta no solo, de acordo com algumas modalidades. O processo 400 é realizado, por exemplo, usando um ou mais disposi- tivos eletrônicos. Em alguns exemplos, os blocos do processo 400 são divididos de qualquer maneira entre um ou mais dispositivos eletrôni- cos realizando o processo 400. Em alguns exemplos, um ou mais dis- positivos eletrônicos incluem as unidades de LED dispostas no solo, os microprocessadores eletricamente acoplado às unidades de LED, o sistema de computador remoto e/ou dispositivos eletrônicos adicionais acoplados comunicativamente uns com os outros. Assim, embora por- ções do processo 400 sejam descritas neste documento como sendo realizadas por dispositivos específicos, será apreciado que o processo 400 não é tão limitado. No processo 400, alguns blocos são, opcio- nalmente, combinados, a ordem de alguns blocos é, opcionalmente, alterada e alguns blocos são, opcionalmente, omitidos. Em alguns exemplos, etapas adicionais podem ser realizadas em combinação com o processo 400. Por conseguinte, as operações conforme ilustra-

das (e descritas em mais detalhes abaixo) são exemplares por nature- za e, como tal, não devem ser vistas como limitantes.

[0056] No bloco 402, uma pluralidade de sinais de luz de saída é transmitida de um emissor disposto no solo. No bloco 404, um detector disposto no solo recebe uma pluralidade de sinais de luz retornados correspondentes à pluralidade de sinais de luz de saída. Cada uma da pluralidade de sinais de luz retornados compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo me- nos um dentre o solo e a raiz. No bloco 406, uma pluralidade de res- postas de sinal correspondente à pluralidade de sinais de luz retorna- dos é extraída. No bloco 408, uma presença da raiz é detectada com base na pluralidade de respostas de sinal.

[0057] As operações descritas acima com referência à FIG. 4 são opcionalmente implementados por componentes representados na FIG. 5. FIG. 5 ilustra um exemplo de um dispositivo de computação de acordo com uma modalidade. O dispositivo 500 pode ser um compu- tador hospedeiro conectado a uma rede. O dispositivo 500 pode ser um computador cliente ou um servidor. Como mostrado na FIG. 5, o dispositivo 500 pode ser qualquer tipo adequado de dispositivo basea- do em microprocessador, como um computador pessoal, estação de trabalho, servidor ou dispositivo de computação portátil (dispositivo eletrônico portátil), como um telefone ou tablet. O dispositivo pode in- cluir, por exemplo, um ou mais processadores 510, dispositivo de en- trada 520, dispositivo de saída 530, armazenamento 540 e dispositivo de comunicação 560. O dispositivo de entrada 520 e o dispositivo de saída 530 podem geralmente corresponder aos descritos acima e po- dem ser conectáveis ou integrados ao computador.

[0058] O dispositivo de entrada 520 pode ser qualquer dispositivo adequado que forneça entrada, como uma tela de toque, teclado ou teclado numérico, mouse ou dispositivo de reconhecimento de voz. O dispositivo de saída 530 pode ser qualquer dispositivo adequado que forneça saída, como uma tela de toque, dispositivo tátil ou alto-falante.

[0059] O armazenamento 540 pode ser qualquer dispositivo ade- quado que forneça armazenamento, como uma memória elétrica, magnética ou óptica, incluindo uma RAM, cache, disco rígido ou disco de armazenamento removível. O dispositivo de comunicação 560 pode incluir qualquer dispositivo adequado capaz de transmitir e receber si- nais através de uma rede, como um chip ou dispositivo de interface de rede. Os componentes do computador podem ser conectados de qual- quer maneira adequada, como por meio de um barramento físico ou sem fio.

[0060] O software 550, que pode ser armazenado no armazena- mento 540 e executado pelo processador 510, pode incluir, por exem- plo, a programação que incorpora a funcionalidade da presente divul- gação (por exemplo, conforme incorporado nos dispositivos conforme descrito acima).

[0061] O software 550 também pode ser armazenado e/ou trans- portado dentro de qualquer meio de armazenamento legível por com- putador não transitório para uso por ou em conexão com um sistema de execução de instrução, aparelho ou dispositivo, tal como aqueles descritos acima, que podem buscar instruções associadas com o sof- tware do sistema, aparelho ou dispositivo de execução de instruções e executar as instruções. No contexto desta divulgação, um meio de ar- mazenamento legível por computador pode ser qualquer meio, como o armazenamento 540, que pode conter ou armazenar programação pa- ra uso por ou em conexão com um sistema, aparelho ou dispositivo de execução de instrução.

[0062] O software 550 também pode ser propagado dentro de qualquer meio de transporte para uso por ou em conexão com um sis- tema de execução de instrução, aparelho ou dispositivo, tal como aqueles descritos acima, que podem buscar instruções associadas ao software do sistema de execução de instrução, aparelho ou dispositivo e executar as instruções. No contexto desta divulgação, um meio de transporte pode ser qualquer meio que pode se comunicar, propagar ou transportar programação para uso por ou em conexão com um sis- tema, aparelho ou dispositivo de execução de instrução. O meio legí- vel para transporte pode incluir, mas não está limitado a um meio de propagação eletrônico, magnético, óptico, eletromagnético ou infra- vermelho com fio ou sem fio.

[0063] O dispositivo 500 pode ser conectado a uma rede, que po- de ser qualquer tipo adequado de sistema de comunicação interconec- tado. A rede pode implementar qualquer protocolo de comunicação adequado e pode ser protegida por qualquer protocolo de segurança adequado. A rede pode compreender links de rede de qualquer arranjo adequado que pode implementar a transmissão e recepção de sinais de rede, como conexões de rede sem fio, linhas T1 ou T3, redes de cabo, DSL ou linhas telefônicas.

[0064] O dispositivo 500 pode implementar qualquer sistema ope- racional adequado para operar na rede. O software 550 pode ser es- crito em qualquer linguagem de programação adequada, como C, C++, Java ou Python. Em várias modalidades, o software de aplicativo que incorpora a funcionalidade da presente divulgação pode ser im- plantado em diferentes configurações, como em um arranjo clien- te/servidor ou por meio de um navegador da Web como um aplicativo baseado na Web ou serviço da Web, por exemplo.

[0065] A FIG. 6A representa dados exemplares relacionados ao crescimento da raiz obtidos por uma pluralidade de unidades de LED exemplares. No exemplo representado, uma pá com seis unidades de LED foi disposta horizontalmente no solo abaixo de uma semente de milho ou planta de milho em crescimento. Luz vermelha, emissores de

LED de banda estreita e detectores de fototransistor de banda larga foram usados. As unidades de LED foram espaçadas uniformemente na pá, conforme indicado pelos números 1, 2, 3, 4, 5e 6 na foto. O di- agrama mostra as leituras (usando a contagem de ADC bruta como a unidade. A contagem máxima foi de 1023, correspondendo a 3,3V com base na configuração ADC) pelas seis unidades de LED ao longo de alguns dias. Como mostrado, algumas unidades de LED (por exemplo, unidade de LED 3) receberam sinais mais intensos ao longo do tempo, indicando o crescimento da raiz no solo nos locais correspondentes, conforme confirmado por imagem de uma seção transversal do solo (imagem fornecida na FIG. 6A).

[0066] A FIG. 6B representa dados exemplares relacionados ao crescimento da raiz obtidos por uma pluralidade de unidades de LED exemplares. No exemplo representado, uma pá com três unidades de LED foi colocada sob um pedaço de papel com um feixe de raízes na frente da pá. O feixe de raízes foi lentamente puxado da esquerda pa- ra a direita pelos detectores da pá, e a intensidade foi medida em fun- ção do tempo. O aumento do sinal foi observado quando as raízes es- tavam presentes na frente do detector, e o sinal variou à medida que mais ou menos raízes estavam presentes diretamente na frente dos detectores conforme o feixe era movido. O detector 3 foi localizado na extremidade da qual as raízes foram puxadas e o sinal retornou à linha de base primeiro no detector 3, depois nos detectores 2 e 1 no movi- mento de rastreamento de ordem esperado do feixe. Esses resultados demonstram que a pá de LED foi capaz de rastrear o movimento do feixe de raízes medindo a intensidade da luz detectada.

[0067] Os sistemas da presente divulgação podem encontrar uso para uma variedade de aplicativos. Por exemplo, um sistema da pre- sente divulgação (por exemplo, compreendendo uma ou mais pás da presente divulgação) pode ser usado para detectar a presença de uma raiz de planta no solo, monitorar o crescimento de uma raiz de planta, detectar um organismo do solo, selecionar um planta para reprodução, determinar um efeito de uma interação planta-micróbio em uma carac- terística de crescimento da raiz e/ou determinar um efeito da composi- ção e/ou condição do solo em uma característica de crescimento da raiz.

[0068] Em algumas modalidades, um sistema da presente divulga- ção (por exemplo, compreendendo uma ou mais pás da presente di- vulgação) é usado em um método de detecção da presença de uma raiz de planta no solo. Conforme exemplificado na FIG. 6, os sistemas descritos neste documento são capazes de detectar a presença de uma raiz, distinta do solo circundado, por meio de detecção baseada em LED.

[0069] Em algumas modalidades, um sistema da presente divulga- ção (por exemplo, compreendendo uma ou mais pás da presente di- vulgação) é usado em um método de monitoramento do crescimento de uma raiz de planta no solo. Por exemplo, uma ou mais pás podem ser colocadas no solo ao redor de uma planta e dispostas de modo a detectar o crescimento de uma ou mais raízes da planta. Alternativa- mente, uma ou mais pás podem ser colocadas no solo em torno de uma semente, ou um local em que uma semente é posteriormente plantada, de modo que quando a semente germina e as raízes da planta começam a crescer, as pás são organizadas de modo para de- tectar o crescimento de uma ou mais raízes da planta. Em algumas modalidades, o crescimento é monitorado por detecções sucessivas da raiz da planta em um ou mais LEDs. Por exemplo, uma raiz de planta crescendo na frente da unidade de LED A no momento t1 é de- tectada pela unidade de LED A. Se no momento t?, a raiz da planta é detectada na frente da unidade de LED A e unidade de LED B (por exemplo, no mesmo ou a pá diferente da unidade de LED A), e a uni-

dade de LED B está espaçada a x distância da unidade de LED A, isso indica que a raiz da planta cresceu na distância x entre t1 e (2 e, por- tanto, uma taxa de crescimento e um comprimento de raiz podem ser calculados. Alternativamente, se uma semente é plantada no tempo £t1, e a raiz é detectada no tempo t2, uma taxa de crescimento ou taxa de estabelecimento pode ser calculada como a distância x no intervalo entre t1 e t2. Os sinais detectados podem ser de raízes mais grossas ou mais numerosas (por exemplo, densidade de raiz aumentada), sendo que ambos são indicativos de biomassa de raiz aumentada. Além disso, um ângulo de raiz pode ser calculado levando-se em con- sideração as posições relativas das unidades de LED A e B. Por meio da detecção das raízes da planta por várias unidades de LED dispos- tas em duas ou três dimensões (por exemplo, fatorando o número e/ou magnitude de sinais detectados, a escala de tempo em que os sinais foram detectados e, opcionalmente, o ângulo da raiz inferido), o com- primento, número e/ou circunferência das raízes da planta podem ser calculados para estimar ou inferir a biomassa total da raiz.

[0070] Em algumas modalidades, um sistema da presente divulga- ção (por exemplo, compreendendo uma ou mais pás da presente di- vulgação) é usado em um método de monitoramento da saúde da planta ou da saúde da raiz da planta. Por exemplo, o detector pode ser configurado para distinguir uma mudança na cor da raiz (por exemplo, distinguindo uma raiz branca de uma raiz marrom), o que pode indicar uma mudança na saúde da raiz ou morte de uma raiz.

[0071] Em algumas modalidades, um sistema da presente divulga- ção (por exemplo, compreendendo uma ou mais pás da presente di- vulgação) é usado em um método de seleção de uma planta para re- produção. Por exemplo, uma ou mais características de crescimento da raiz podem ser monitoradas (por exemplo, conforme descrito aci- ma) a fim de testar uma ou mais características de interesse, por exemplo, relacionadas às propriedades da raiz. Usando os sistemas da presente divulgação, uma ou mais réplicas de uma variedade/linha de planta podem ser monitoradas para características de crescimento de raiz de interesse e uma variedade ou linha de plantas pode ser se- lecionada para reprodução com base em uma ou mais das caracterís- ticas de crescimento de raiz da presente divulgação. Essas plantas podem ser cruzadas com uma planta da mesma espécie ou variedade, ou uma espécie ou variedade diferente (para híbridos) para produzir progênie, desse modo reproduzindo com sucesso a planta para um traço ou característica de interesse.

[0072] Em algumas modalidades, um sistema da presente divulga- ção (por exemplo, compreendendo uma ou mais pás da presente di- vulgação) é usado em um método para determinar um efeito de uma interação planta-micróbio em uma característica de crescimento da raiz. Uma ou mais características de crescimento da raiz podem ser monitoradas (por exemplo, como descrito acima) usando um sistema da presente divulgação a fim de avaliar o efeito de uma interação plan- ta-micróbio. Por exemplo, o crescimento da raiz de uma planta cultiva- da em solo inoculado com um micróbio ou comunidade de micróbios pode ser comparado ao crescimento da raiz de uma planta cultivada em solo inoculado com um micróbio diferente ou comunidade de mi- cróbios, ou sem o micróbio ou comunidade de micróbios, ou com outra referência adequada. Em algumas modalidades, um ou mais aspectos de uma rizosfera vegetal podem ser estudados rastreando o cresci- mento da raiz com um sistema da presente divulgação.

[0073] Em algumas modalidades, um sistema da presente divulga- ção (por exemplo, compreendendo uma ou mais pás da presente di- vulgação) é usado em um método para determinar um efeito da com- posição e/ou condição do solo em uma característica de crescimento da raiz. Isso permite a determinação de como as raízes das plantas mudam o crescimento/comportamento com base nas condições/com- posição do solo (por exemplo, presença ou ausência de um ou mais nutrientes, condições da água, empacotamento do solo, aeração etc.). Uma ou mais características de crescimento da raiz podem ser monito- radas (por exemplo, como descrito acima) usando um sistema da pre- sente divulgação a fim de avaliar o efeito da composição e/ou condi- ção do solo. Por exemplo, o crescimento da raiz de uma planta culti- vada no solo com uma composição/condição particular pode ser com- parado ao crescimento da raiz de uma planta cultivada no solo com uma composição/condição diferente ou com outra planta de referência adequada.

[0074] Os sistemas da presente divulgação podem ser usados (por exemplo, como nos métodos descritos acima) para detectar raízes de uma variedade de plantas. Em algumas modalidades, a planta é uma colheita em linha. Em algumas modalidades, a planta é uma planta cultivada comercialmente, como milho, soja, arroz, trigo, sorgo, tomate ou alfafa.

[0075] Em algumas modalidades, um sistema da presente divulga- ção (por exemplo, compreendendo uma ou mais pás da presente di- vulgação) é usado em um método de detecção de um organismo do solo. Pensa-se que um organismo do solo pode ser detectado por si- nais de luz recebidos, conforme descrito para uma raiz de planta deste documento. No entanto, uma vez que as raízes das plantas são mais estacionárias do que um organismo do solo, um sinal mais transitório em uma ou mais unidades de LED pode indicar a presença de um or- ganismo em movimento, em vez de uma raiz da planta. Em algumas modalidades, uma cor do organismo pode ser detectada. Em algumas modalidades, o organismo do solo é um verme ou inseto. Em algumas modalidades, o organismo do solo é um verme da raiz do milho.

[0076] Embora a divulgação e os exemplos tenham sido totalmen-

te descritos com referência às figuras anexas, deve-se notar que vá- rias mudanças e modificações se tornarão aparentes para aqueles versados na técnica. Tais mudanças e modificações devem ser enten- didas como estando incluídas no escopo da divulgação e exemplos, conforme definido pelas reivindicações.

[0077] A descrição acima, para efeito de explicação, foi descrita com referência às modalidades específicas. No entanto, as discussões ilustrativas acima não são destinadas a serem exaustivas ou a limitar a invenção às precisas formas divulgadas. Muitas modificações e varia- ções são possíveis em vista dos ensinamentos acima. As modalidades foram escolhidas e descritas para melhor explicar os princípios das técnicas e suas aplicações práticas. Outros versados na técnica são, assim, habilitados a utilizar melhor as técnicas e várias modalidades com várias modificações, conforme sejam adequadas ao uso particular contemplado.

Claims (26)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para detectar uma raiz de uma planta no solo, caracterizado pelo fato de que compreende: uma estrutura de suporte configurada para ser pelo menos parcialmente disposta no solo; uma unidade de LED afixada à estrutura de suporte, em que a unidade de LED compreende um emissor e um detector, em que o emissor é configurado para produzir uma plurali- dade de sinais de luz de saída, em que o detector é configurado para receber uma plurali- dade de sinais de luz retornados correspondentes à pluralidade de si- nais de luz de saída, e em que cada uma da pluralidade de sinais de luz retorna- dos compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída cor- respondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; e um microprocessador configurado para detectar uma pre- sença da raiz com base na pluralidade de sinais de luz retornados.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um extrator de sinal configurado para extrair uma pluralidade de leituras digitais com base na pluralida- de de sinais de luz retornados.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizado pelo fato de que o extrator de sinal compreende um divisor de voltagem, um conversor analógico-digital ou uma combinação destes.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizado pelo fato de que detectar a raiz com base na pluralidade de sinais de luz retornados compreende: determinar uma diferença entre um brilho de um primeiro sinal retornado e um brilho de um segundo sinal retornado da pluralidade de sinais retornados.

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções | a 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de LED ainda compreende uma partição, em que a partição é configurada para redu- zir a detecção da pluralidade de sinais de luz de saída pelo detector.

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de LED ainda compreende uma lente.

7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a unidade de LED é seleci- onada com base em uma ou mais características do solo, uma ou mais características da raiz ou uma combinação destas.

8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a estrutura de suporte com- preende uma pá, em que a pá compreende uma pluralidade de unida- des de LED afixadas à mesma.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de unidades de LED está disposta em uma configuração linear.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracteriza- do pelo fato de que a pluralidade de unidades de LED é disposta com base em uma ou mais características da planta.

11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um ou mais sensores capacitivos para detectar a raiz da planta.

12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 11, caracterizado pelo fato de que as informações associadas à pluralidade de sinais de luz retornados são transmitidas a um siste- ma de computador remoto por meio de uma rede sem fio.

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica-

ções 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o microprocessador é con- figurado para detectar a presença de um invertebrado no solo com ba- se na pluralidade de sinais de luz retornados.

14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o microprocessador é con- figurado para determinar, com base na pluralidade de sinais de luz re- tornados: uma taxa de crescimento da raiz, um ângulo da raiz, uma densidade de um grupo de raízes ou um combinação destes.

15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 14, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma fonte de alimentação eletricamente acoplada à unidade de LED, em que a fonte de alimentação é configurada para fornecer uma carga elé- trica à unidade de LED.

16. Método para detectar uma raiz de uma planta no solo, caracterizado pelo fato de que compreende: transmitir, a partir de um emissor disposto no solo, uma plu- ralidade de sinais de luz de saída; receber, a partir de um detector disposto no solo, uma plu- ralidade de sinais de luz retornados correspondentes à pluralidade de sinais de luz de saída, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz retornada compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a ra- iz; extrair uma pluralidade de respostas de sinal corresponden- tes à pluralidade de sinais de luz retornados; e detectar uma presença da raiz com base na pluralidade de respostas de sinal.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracteriza- do pelo fato de que a pluralidade de respostas de sinal compreende uma pluralidade de leituras digitais.

18. Método, de acordo com a reivindicação 16 ou 17, carac- terizado pelo fato de que ainda compreende: transmitir, a partir de um segundo emissor disposto no solo, uma segunda pluralidade de sinais de luz de saída; receber, a partir de um segundo detector disposto no solo, uma segunda pluralidade de sinais de luz de saída correspondentes à segunda pluralidade de sinais de luz de saída, em que cada uma da segunda pluralidade de sinais de luz retornados compreende pelo me- nos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; extrair uma segunda pluralidade de respostas de sinal cor- respondendo à segunda pluralidade de sinais de luz retornados; detectar uma presença da raiz com base na segunda plura- lidade de respostas de sinal; com base na primeira e na segunda pluralidade de respos- tas de sinal, determinar uma característica de crescimento da raiz da planta, em que a característica de crescimento é selecionada a partir do grupo que consiste em taxa de crescimento, ângulo da raiz, com- primento da raiz e biomassa da raiz.

19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 16 a 18, caracterizado pelo fato de que a planta é uma colheita em linha.

20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 16 a 18, caracterizado pelo fato de que a planta é selecionada a partir do grupo que consiste em milho, soja, arroz, trigo, sorgo, tomate e alfafa.

21. Método para detectar um organismo do solo, caracteri- zado pelo fato de que compreende: transmitir, a partir de um emissor disposto no solo, uma plu- ralidade de sinais de luz de saída;

receber, a partir de um detector disposto no solo, uma plu- ralidade de sinais de luz de retorno correspondentes à pluralidade de sinais de luz de saída, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz de retorno compreende pelo menos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e o or- ganismo do solo; extrair uma pluralidade de respostas de sinal corresponden- tes à pluralidade de sinais de luz retornados; e detectar uma presença do organismo do solo com base na pluralidade de respostas de sinal.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracteriza- do pelo fato de que a pluralidade de respostas de sinal compreende uma pluralidade de leituras digitais.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21 ou 22, carac- terizado pelo fato de que o organismo do solo é um verme ou inseto.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracteriza- do pelo fato de que o organismo do solo é um verme da raiz do milho.

25. Método para monitorar o crescimento de uma raiz de uma planta no solo, caracterizado pelo fato de que compreende: posicionar uma pluralidade de emissores e uma pluralidade de detectores em torno de um local do solo, em que uma planta com uma raiz é plantada no local do solo; transmitir, a partir de um emissor da pluralidade de emisso- res dispostos no solo, uma pluralidade de sinais de luz de saída; receber, a partir de um detector da pluralidade de detecto- res dispostos no solo, uma pluralidade de sinais de luz de retorno cor- respondentes à pluralidade de sinais de luz de saída, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz de retorno compreende pelo me- nos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz;

extrair uma pluralidade de respostas de sinal corresponden- tes à pluralidade de sinais de luz de retorno; detectar uma presença da raiz com base na pluralidade de respostas de sinal; e determinar uma característica de crescimento da raiz da planta com base na presença detectada da raiz.

26. Método para monitorar o crescimento de uma raiz de uma planta no solo, caracterizado pelo fato de que compreende: plantar uma semente em um local do solo; posicionar uma pluralidade de emissores e uma pluralidade de detectores em torno do local do solo; após a semente ter se tornado uma planta com uma raiz, transmitir, a partir de um emissor da pluralidade de emissores dispos- tos no solo, uma pluralidade de sinais de luz de saída; receber, a partir de um detector da pluralidade de detecto- res dispostos no solo, uma pluralidade de sinais de luz de retorno cor- respondentes à pluralidade de sinais de luz de saída, em que cada uma da pluralidade de sinais de luz de retorno compreende pelo me- nos uma porção do sinal de luz de saída correspondente refletido de pelo menos um dentre o solo e a raiz; extrair uma pluralidade de respostas de sinal corresponden- tes à pluralidade de sinais de luz de retorno; detectar uma presença da raiz com base na pluralidade de respostas de sinal; e determinar uma característica de crescimento da raiz da planta com base na presença detectada da raiz.