CN112400688B - 用于栽培和分布水生生物的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于栽培和分布水生生物的系统和方法。所述系统和方法可包括配置成执行水生植物培养物的至少一个图像的分析的控制单元。所述分析可包括处理至少一个收集的图像以确定水生植物培养物的至少一种物理特征或状态。还提供用于分布水生植物培养物的系统和方法。所述分布系统和方法可基于从各种来源接收的信息追踪并且控制水生植物培养物的分布。还提供用于在受控并且紧凑环境中生长和收集水生植物的系统和方法。所述系统可包括具有多个垂直堆叠的模块的生物反应器，所述模块设计成容纳所述水生植物和液体生长培养基。
Description
本申请是申请日为2015年3月3日、申请号为201580022070.X，发明名称为“用于栽培和分布水生生物的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施方案一般涉及用于栽培和分布水生生物的系统和方法。具体说来，实施方案涉及监测和控制水生植物培养物的栽培和所述水生植物培养物的分布。
背景技术
如心血管疾病、II型糖尿病、哮喘、癌症、痴呆、高血压、骨质疏松症、注意力缺乏症(ADD)和注意力缺乏多动症(ADHD)的非传染性疾病慢性和变性疾病的全球增长可与由具有低营养质量的加工食物的高消耗引起的不健康饮食直接有关。研究指示，基于素食主义的饮食连同加工食物的降低消耗可降低心血管疾病和癌症的发生。以下参考文献为所述研究的实例，其各自以全文引用的方式并入本文中：
1)Francesca L Crowe等人,Risk of hospitalization or death fromischemic heart disease among British vegetarians and nonvegetarians:resultsfrom the EPIC-Oxford cohort study；2013；Am J Clin Nutr March2013.
2)Dominique Ashen M.Vegetarian Diets in Cardiovascular Prevention；Curr Treat Options Cardiovasc Med.2013年8月9日.
3)Tao Huang等人,Cardiovascular Disease Mortality and Cancer Incidencein Vegetarians:A Meta-Analysis and Systematic Review；Ann Nutr Metab 2012；60:233–240.
4)Vegetarianism can reduce risk of heart disease by up to a third<http://www.ox.ac.uk/media/news_stories/2013/130130.html>.
5)Claire T McEvoy等人,Vegetarian diets,low-meat diets and health:areview；Cambridge Journals-Public Health Nutrition/第15卷/第12期/2012年12月,第2287-2294页.
因而，对更具营养食物的需求日益增加。这已经导致健康并且良好食物市场的快速全球发展，其截至2011年达到$200B并且预测在接下来的数年内以5％CAGR增长。然而，这一节段继续在农产品非可持续性实践和其供应链无效的情况下运转。针对人类消耗生长的食物现今有几乎33％丧失，水果和蔬菜有65％丧失。并且预期农产品行业截至2030年占全球温室气体排放的50％。此外，尽管这一节段旨在促进更健康食物，其最终供应大多数消费者不信任和/或无法每日承担得起的“工程改造”食物。正如Todd Runestad(FunctionalIngredients Magazine的总编辑)所概况：“消费者理解水果和蔬菜的固有健康性，因此如果你可仅将其放入便利并且可口的递送系统中，那么你已经做的不错了(Consumersunderstand the inherent healthiness of fruits and vegetables,so if you canjust put them in a convenient and tasty delivery system,you’re on your way)。”水生可食用植物为具有吸引力的蔬菜，因为其便利、可口并且是健康饮食所需的蛋白、膳食纤维、基本矿物(膳食化学元素)、关键维生素和其它植物化学品(例如抗氧化剂)的极好来源。因此，栽培水生植物和将这些水生植物分布至消费者为关注的领域。
发明内容
一些实施方案包括一种用于监测生物反应器中水生植物的培养物的方法。所述方法包括执行所述培养物的至少一个图像的分析。所述分析可包括从安置于生物反应器中的至少一个图像传感器接收水生植物的培养物的至少一个图像和对所述至少一个图像执行图像处理技术以确定所述培养物的至少一种物理特征以及执行分析以确定所述培养物的至少一种状态。在一些实施方案中，所述方法包括基于所述至少一种确定的物理特征和所述至少一种确定的状态中的一个或多个调节至少一种生长条件。
在一些实施方案中，所述生长条件基于所述至少一种确定的物理特征和所述至少一种确定的状态加以调节。
在一些实施方案中，所述至少一种特征基于所述水生植物培养物的至少一种物理参数来确定。所述至少一种物理参数可为以下至少一个：所述水生植物的表面积、所述水生植物的密度、由所述水生植物吸收的光的量、从所述水生植物的表面反射的光的波长、透射通过所述水生植物的光的波长以及在所述反射或透射光中所述波长的分布。
在一些实施方案中，所述方法包括当所述至少一个图像与所述水生植物培养物的所述至少一种参数一起被接收时，在数据库中存储时间标记。
在一些实施方案中，所述方法包括通过随时间推移监测所述至少一种物理特征的改变来确定所述至少一种状态。
在一些实施方案中，所述至少一种物理特征为以下至少一个：水生植物的形状、水生植物的大小、水生植物的色素、水生植物的纹理或水生植物的透明度。
在一些实施方案中，所述至少一种状态为以下至少一个：健康培养物、受污染培养物、所述培养物的生长期、选择性养分属性、所述培养物的生长速率、受胁迫培养物、生物量密度、死亡率、死培养物、垂死培养物以及所述水生植物的生长的生存力。
在一些实施方案中，所述培养物的所述生长期为延滞期、指数期、稳定期、衰亡期以及任何中间期之一。
在一些实施方案中，所述水生植物的培养物选自以下至少一个：紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属以及芜萍属。
在一些实施方案中，所述方法包括在数据库中存储以下至少一个：所述至少一个图像、所述至少一种物理特征以及所述至少一种状态。
在一些实施方案中，所述至少一种生长条件包括以下至少一个：光级、光谱、光间隔、温度、肥料要素含量、水含量、蒸气压、湿度、pH、离子浓度、氧浓度、CO2含量、培养物密度、气流、生长溶液流量以及培养物流量。
在一些实施方案中，所述方法包括响应于确定至少一种特征或所述至少一种状态操作至少一个阀。
在一些实施方案中，所述方法由一个或多个处理器执行。在一些实施方案中，所述培养物安置于所述生物反应器中。在一些实施方案中，所述方法由与控制单元连通的服务器执行。在一些实施方案中，所述方法由控制单元执行。
在一些实施方案中，所述水生植物的培养物的所述至少一种状态是基于所述水生植物培养物内的分立水生植物的发育阶段来确定。在一些实施方案中，所述分立水生植物的所述发育阶段是基于所述至少一种特征来确定。在一些实施方案中，所述分立水生植物的所述发育阶段通过以下至少一个来确定：亲本植物与子代植物之间的连接区域的存在和亲本植物与子代植物之间的连接区域的不存在。
一些实施方案包括一种用于监测水生植物的培养物的系统。所述系统包括与安置于生物反应器中的至少一个图像传感器连通的处理器和与所述处理器连通的存储器，其含有由所述处理器执行的指令。所述处理器是配置成从安置于生物反应器中的至少一个图像传感器接收水生植物的培养物的至少一个图像，对所述至少一个图像执行图像处理以确定所述水生植物培养物的至少一种物理特征，执行分析以确定所述培养物的至少一种状态，以及基于以下一个或多个来控制所述生物反应器的操作：所述至少一种物理特征的所述确定和所述至少一种状态的所述确定。
在一些实施方案中，所述处理器是配置成通过使用至少一种数学模型来监测所述至少一种特征的所述改变。
在一些实施方案中，所述处理器经由网络中的服务器与所述生物反应器连通。在一些实施方案中，所述处理器位于所述生物反应器内的控制单元中。
在一些实施方案中，所述生物反应器包括用于接收作为水生植物培养物的起始材料使用的水生生物的至少一个输入单元、用于生长所述水生植物培养物的至少一个生长单元、用于收集所述水生植物培养物的至少一个收集单元以及用于提供源于所述水生植物培养物的消费品的至少一个输出单元。
在一些实施方案中，所述处理器进一步配置成通过调节至少一种生长条件来控制所述生物反应器。
一些实施方案包括用于生长水生植物培养物的生物反应器。所述生物反应器包括用于接收作为水生植物培养物的起始材料使用的水生生物的至少一个输入单元、用于生长所述水生植物培养物的至少一个生长单元、用于收集所述水生植物培养物的至少一个收集单元、用于提供源于所述水生植物培养物的消费品的至少一个输出单元以及控制单元。所述控制单元是配置成从安置于所述生物反应器中的成像系统接收图像，所述成像系统包括至少一个图像传感器；通过对所述至少一个图像执行至少一种图像处理技术来确定与所述水生植物培养物有关的至少一种特征；以及基于所述至少一种特征的所述确定来控制所述至少一个生物反应器的所述操作。
在一些实施方案中，所述生物反应器包括就成分含量而言用于改变所述水生植物培养物的修改单元和用于定制向最终用户提供的所述消费品的定制单元。
在一些实施方案中，所述成像系统包括多个光源。在一些实施方案中，所述多个光源以具有不同波长或不同照明强度的各种形式的光照射所述水生植物培养物。在一些实施方案中，所述成像系统是配置成收集所述水生植物的培养物反射的光和透射通过所述水生植物的培养物的光。在一些实施方案中，所述成像系统包括定位于所述水生植物培养物上方的至少一个光源和定位于所述水生植物培养物下方的至少一个光源。
一些实施方案包括一种计算机程序产品，其具有其上记录有计算机程序逻辑的非暂时性计算机可读介质。当所述计算机程序逻辑由服务器计算机系统的一个或多个处理器执行时，其使所述服务器计算机系统从安置于生物反应器中的至少一个图像传感器接收水生植物的培养物的至少一个图像；对所述至少一个图像执行图像处理以确定所述水生植物培养物的至少一种物理特征；以及基于所述至少一种物理特征的所述确定来控制所述至少一个生物反应器的操作。
一些实施方案包括一种用于在受控并且紧凑环境中生长水生植物的装置，所述装置包括模块的堆叠，所述模块的堆叠包括多个垂直堆叠的分立模块，每个分立模块设计成容纳所述水生植物和液体生长培养基。与至少一个分立模块连通的至少一个第一阀，所述至少一个第一阀使得实现以下至少一个的流动：预定体积的所述水生植物和预定体积的所述液体生长培养基。与所述至少一个第一阀连通并且连接至所述多个垂直堆叠的分立模块的第一垂直管道，所述第一垂直管道使得实现以下至少一个从所述模块的堆叠中的较高分立模块至所述模块的堆叠中的较低分立模块的流动：所述预定体积的液体生长培养基和所述预定体积的水生植物。
在一些实施方案中，所述第一阀为静态阀。
在一些实施方案中，所述装置包括与至少一个分立模块连通的至少一个第二阀，所述至少一个第二阀与第二垂直管道连通并且配置成收集预定体积的水生植物。
在一些实施方案中，所述第二垂直管道连接至分离单元。在一些实施方案中，所述第二垂直管道连接至收集单元。
在一些实施方案中，所述第一垂直管道包括多个互连子通道并且所述多个互连子通道中的每一个均与至少一个第一阀连通。
在一些实施方案中，所述至少一个第一阀包括至少一个隔板。在一些实施方案中，所述至少一个第二阀包括至少一个隔板。
在一些实施方案中，每个分立模块为配置成生长所述水生植物的培养物的水平管道。
在一些实施方案中，所述模块的堆叠中的每个分立模块包括至少一个第一阀。在一些实施方案中，所述模块的堆叠中的每个分立模块包括至少一个第二阀。
在一些实施方案中，所述装置还包括与所述模块的堆叠连通的修改单元。
在一些实施方案中，所述至少一个第二阀为动态阀。
在一些实施方案中，所述装置还包括用于再循环的液体生长培养基的存储的连接至所述修改单元的存储单元。
在一些实施方案中，所述修改单元执行以下至少一个：灭菌、消毒、必需盐溶解、肥料溶解、充气、PH调节以及温度调节。
在一些实施方案中，所述装置包括以下至少一个：至少一个光源、至少一个气流来源、至少一个接收气流的入口以及至少一个释放过量压力的出口。
在一些实施方案中，所述装置包括控制单元，所述控制单元是配置成控制所述预定体积的所述水生植物和所述预定体积的所述液体生长培养基的流动。在一些实施方案中，所述控制单元是配置成通过控制所述多个垂直堆叠的分立模块中的单一分立模块中所述液体生长培养基的流动来控制所述预定体积的所述水生植物和所述预定体积的所述液体生长培养基的流动。
在一些实施方案中，所述装置包括配置成对所述水生植物执行植物浮动体积(PFV)的在线测量的生物量定量单元。
一些实施方案针对一种用于分布水生植物培养物的筒，其包括具有多个密封舱的筒身，其中所述密封舱中的至少一个含有在保存介质中的水生植物培养物并且所述密封舱中的至少一个含有肥料储备溶液。
在一些实施方案中，所述水生植物培养物选自由以下组成的组：紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属以及芜萍属。在一些实施方案中，所述水生植物培养物处于预定生命阶段中。在一些实施方案中，所述预定的生命阶段为春天生命阶段。在一些实施方案中，所述预定的生命阶段为冬天生命阶段。
在一些实施方案中，所述筒包括识别标签。在一些实施方案中，所述识别标签包括以下至少一个：条形码、射频识别(RFID)芯片以及快速反应码。
在一些实施方案中，所述识别标签包括与所述筒有关的编码信息并且所述编码信息包括与以下至少一个有关的信息：一个或多个密封舱的内含物、含于所述密封舱中的至少一个内的水生植物培养物的类型、含于所述密封舱中的至少一个内的肥料储备溶液的类型、所述舱进行密封的日期、保存介质的类型、关于含于所述密封舱中的至少一个内的水生植物培养物的所述类型的最佳生长条件、其中密封所述舱的位置、SKU编号以及匹配含于所述舱内的所述水生植物培养物的肥料储备溶液方案。
在一些实施方案中，所述识别标签包括编码信息并且所述编码信息包括与所述筒的来源有关的鉴别信息。
在一些实施方案中，所述筒包括传感器。在一些实施方案中，所述传感器包括以下至少一个：温度传感器、压力传感器、氧传感器、光传感器以及pH传感器。
在一些实施方案中，所述保存介质为液体。在一些实施方案中，所述保存介质为凝胶。
在一些实施方案中，所述肥料储备溶液包括至少一种常量元素或微量元素，包括例如氮、磷、铁、钾、硫、钙、镁、锌、含有至少一种常量元素或微量元素的化合物以及其组合。在一些实施方案中，所述肥料储备溶液为经过检验的有机肥料溶液。
在一些实施方案中，所述水生植物培养物为季节性水生植物培养物。
一些实施方案针对一种生物反应器，其包括配置成接收含有水生植物培养物的筒的输入单元，所述输入单元包括配置成从所述筒取出所述水生植物培养物的提取器；用于接收来自所述输入单元的所述水生植物培养物的孵育单元；用于生长所述水生植物培养物的生长单元；用于收集所述水生植物培养物的收集单元；以及控制单元。所述控制单元可配置成读取与在所述输入单元处接收的所述筒缔合的识别标签以获得筒识别信息并且向服务器发送所述筒识别信息。
在一些实施方案中，所述生物反应器还包括存储器并且所述控制单元进一步配置成在所述存储器中存储所述筒识别信息。
在一些实施方案中，服务器包括用于存储所述筒识别信息的数据库。
在一些实施方案中，所述控制单元进一步配置成记录当从所述筒取出所述水生植物培养物时的时间标记并且向所述服务器发送所述时间标记。在一些实施方案中，所述服务器是配置成基于所述筒识别信息和所述时间标记追踪所述筒的分布。
在一些实施方案中，所述服务器是配置成基于所述筒识别信息和所述记录的时间标记执行以下动作中的至少一个：(a)针对所述生物反应器请求新的筒装运；(b)针对后续筒装运调节装运日期；(c)调节用于后续筒装运的筒中的所述水生植物培养物；(d)定制筒的内含物以发送至具体位置；(e)发送针对所述生物反应器的状态报告至中央处理位置；(f)调节另一生物反应器中的生长条件；(g)针对后续筒装运调节保存介质；(h)针对后续筒装运调节肥料储备溶液；以及(i)调节另一生物反应器中的收集方案。
在一些实施方案中，调节所述另一生物反应器中的所述收集方案会改变另一水生植物培养物被收集并且包装于另一筒中时所处的生命阶段。在一些实施方案中，调节另一生物反应器中的所述收集方案会改变另一水生植物培养物被收集并且包装于另一筒中时所处的生命阶段内的时间。
在一些实施方案中，所述控制单元进一步配置成从安置于所述生物反应器中的成像系统接收图像，所述成像系统包括至少一个图像传感器，所述图像传感器配置成使所述筒和所述孵育单元中的至少一个中的所述水生植物培养物成像；确定与所述水生植物培养物有关的至少一种特征；以及向所述服务器发送所述与所述水生植物培养物有关的至少一种特征。
在一些实施方案中，所述服务器是配置成基于所述水生植物培养物的特征的所述确定来执行以下动作中的至少一个：(a)针对所述生物反应器请求新的筒装运；(b)针对后续筒装运调节装运日期；(c)调节用于后续筒装运的筒中的所述水生植物培养物；(d)定制筒的内含物以发送至具体位置；(e)发送针对所述生物反应器的状态报告至中央处理位置；(f)调节另一生物反应器中的生长条件；(g)针对后续筒装运调节保存介质；(h)针对后续筒装运调节肥料储备溶液；(i)调节另一生物反应器中的收集方案；以及(j)调节用于后续筒装运的筒内容纳的一种或多种物质。
一些实施方案针对一种用于生长水生植物培养物的系统，其包括服务器和与所述服务器连通的生物反应器。所述生物反应器可包括配置成接收含有水生植物的培养物的筒的输入单元，所述输入单元包括配置成从所述筒取出所述水生植物培养物的提取器；用于接收来自所述输入单元的所述水生植物培养物的孵育单元；用于生长所述水生植物培养物的生长单元；用于收集所述水生植物培养物的收集单元；以及控制单元。所述控制单元可配置成读取与在所述输入单元处接收的所述筒缔合的识别标签以获得筒识别信息并且向服务器发送所述筒识别信息。
一些实施方案针对一种分布水生植物培养物的方法，所述方法包括生长水生植物培养物；当所述水生植物培养物处于预定生命阶段中时收集所述水生植物培养物的一部分；在筒的密封舱中包装所述水生植物培养物的所述部分和保存介质；以及分布所述筒至远端位置，所述远端位置基于以下一个或多个来确定：对于所述水生植物培养物的所述部分的需要、发送所述筒至所述远端位置所需的分布时间以及所述水生植物培养物的所述部分的所述预定生命阶段。
在一些实施方案中，生长所述水生植物培养物包括在收集之前通过整个生命周期使所述水生植物培养物成熟。
在一些实施方案中，所述方法还包括在所述筒的另一密封舱中包装至少一种肥料储备溶液。在一些实施方案中，所述肥料储备溶液的类型是基于所述水生植物培养物的物种来确定。
在一些实施方案中，保存介质的类型是基于所述水生植物培养物的物种和所述水生植物培养物的所述部分的所述预定自然生命阶段中的至少一个来确定。
在一些实施方案中，所述水生植物培养物在生物反应器中生长。
一些实施方案针对一种用于分布水生植物培养物的分布系统，所述分布系统包括用于生长水生植物培养物的源生物反应器；用于生长从所述源生物反应器接收的所述水生植物培养物的一部分的使用点生物反应器；以及与所述源生物反应器和所述使用点生物反应器连通的服务器。所述服务器可配置成基于以下一个或多个使来自所述源生物反应器的所述水生植物培养物的所述部分的分布与所述使用点生物反应器相配合：对于所述水生植物培养物的所述部分的需要、发送所述筒至所述使用点生物反应器所需的分布时间以及所述水生植物培养物的所述部分的生命阶段。
附图说明
图1A–1D为水平管道的说明。
图2为用于生长水生植物的水产养殖场的航拍图像。
图3为根据一个实施方案的生物反应器系统的示意性方框图。
图4为根据一个实施方案与生物反应器控制单元连通的网络的示意性方框图。
图5为根据一个实施方案的成像系统。
图6A为根据一个实施方案的生物反应器系统的示意性方框图。
图6B为根据一个实施方案的生物反应器系统的示意性方框图。
图7为描述根据一个实施方案确定与水生培养物有关的至少一种特征的操作的流程图。
图8为描述根据一个实施方案确定选择性养分属性的操作的流程图。
图9为描述根据一个实施方案确定水生植物的培养物的生长期或生长速率的操作的流程图。
图10为描述根据一个实施方案检测水生植物的培养物中的污染事件的流程图。
图11为描述根据一个实施方案确定水生植物生长的生存力状态或健康状态的操作的流程图。
图12A–12B示出描述根据一个实施方案的水生植物的培养物的生长的直方图。
图13为在各种发育阶段中水生植物的图像。
图14为根据一个实施方案在延滞期中发现的水生植物的健康培养物的图像。
图15为根据一个实施方案在指数期中发现的水生植物的健康培养物的图像。
图16为根据一个实施方案在稳定期中发现的水生植物的健康培养物的图像。
图17A–17C示出针对水生植物的培养物的各种生长期的分布图。图17A示出针对早期生长(延滞期)的分布图。图17B示出针对转变至高速率生长(指数期)的分布图。图17C示出针对高速率生长(指数期)的分布图。
图18为根据一个实施方案的水生植物的受污染培养物的图像。
图19A–19B为描述根据一个实施方案生长水生培养物的操作的流程图。
图20A–20B为描述根据一个实施方案递送可消耗物质的输出的操作的流程图。
图21为描述根据一个实施方案调节生物反应器中的生长条件的操作的流程图。
图22为示出根据一个实施方案的系统的操作的示意性方框图。
图23A–23B为示出根据一个实施方案对水生植物的培养物执行的图像处理技术的示例性结果的图。
图24为根据一个实施方案用于处理图像的方法的表示。
图25A–25B为示出根据一个实施方案用于处理图像的方法的示例性结果的图。
图26为根据一个实施方案用于水生植物培养物的分布系统的示意性方框图。
图27为根据一个实施方案用于分布水生植物培养物的筒的透视图。
图28为根据一个实施方案在图27中的筒沿图27中的线28-28’的横截面。
图29为根据一个实施方案关于水生植物培养物的生命周期的示意图。
图30A–30B示出说明根据一个实施方案的初始化过程的流程图。
图31为根据一个实施方案具有多个堆叠的模块的生长装置。
图32为根据一个实施方案具有多个堆叠的模块的生长装置。
图33A为根据一个实施方案具有多个堆叠的模块的生长装置。图33B为示出根据一个实施方案在图33A中的阀的操作的示意图。
图34为模块沿图33A、35A、35B、35C以及35D中的线A-A’的横截面视图。
图35A为根据一个实施方案的模块。图35B为根据一个实施方案的模块。图35C为根据一个实施方案的模块。图35D为根据一个实施方案的模块。
图36为描述根据一个实施方案用于生长并且收集水生植物的操作的流程图。
图37为根据一个实施方案的生物反应器系统的示例性图像。
图38为根据一个实施方案的模块的航拍视图。
图39A–39B为图38中的模块的横截面视图，其示出根据一个实施方案的阀的操作。
图40说明根据一个实施方案的阀的操作。
图41为根据一个实施方案的多个堆叠的模块的横截面视图。
图42为根据一个实施方案的模块的航拍视图。
图43示出图42中的模块的横截面视图，其说明根据一个实施方案的阀的操作。
图44为根据一个实施方案的模块的横截面视图。
图45为示出再浮动距离的图。
图46为根据一个实施方案的模块的示例性图像。
图47A为根据一个实施方案的模块的航拍视图。图47B为图47A中的模块的横截面视图。
图48A为根据一个实施方案的模块的航拍视图。图48B为图48A中的模块的横截面视图。
图49A为根据一个实施方案的模块的航拍视图。图49B为图49A中的模块的横截面视图。
图50为根据一个实施方案的示出倾斜地板的模块之间的比较。
图51A为根据一个实施方案的模块的航拍视图。图51B为图51A中的模块的横截面视图。
图52A–52C说明根据一个实施方案的生物量收集和定量单元和其操作。
图53为描绘PFV的测量的示意图。
图54为示出根据一个实施方案在PFV与WW之间的关系的图。
图55A–55B为示出根据各种实施方案在PFV与DW之间的关系的图。
图56为根据一个实施方案的灭菌单元。
图57为根据一个实施方案的灭菌单元。
图58为根据一个实施方案的灭菌单元。
图59为其中可执行实施方案的示例性计算机系统的示意性方框图。
具体实施方式
本发明现将参考如附图中说明的其实施方案详细描述，在附图中相同参考数字用于指示相同或功能上相似的元件。对于“一个实施方案”、“实施方案”、“示例性实施方案”等的提及指示所述的实施方案可包括特定特点、结构或特征，但每一个实施方案均可不必包括所述特定特点、结构或特征。此外，所述用语不必指同一实施方案。另外，当特定特点、结构或特征结合一实施方案描述时，提出其在所属领域的技术人员的知识内以结合无论是否明确描述的其它实施方案影响所述特点、结构或特征。
以下实施例为本发明的说明而非限制。所属领域中通常遇到并且所属领域的技术人员将显而易知的各种条件和参数的其它合适修改和修正在本发明的精神和范围内。
如本文所用，术语“水生生物”包括在水中、水上或水附近生活或生长的所有生物，如但不限于鱼、软体动物、甲壳动物、棘皮动物、其它无脊椎动物和其生命阶段，以及水生(例如海洋和淡水)植物。水生植物的类型包括但不限于藻类、紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属、芜萍属等。虽然本文所述的实施方案可提及“水生植物”、“水生植物培养物”或“水生植物的培养物”，但任何本文所述的实施方案均可用于生长、培养、收集等任何类型的“水生生物”。
如水生植物的水生生物的便利性、味道以及高营养价值使得可需要水生生物的栽培和分布。然而，在栽培期间，水生植物培养物典型地经受在设法检测所述培养物的状态的专家的指导下执行的各种耗时分析。因此，需要提供更快速、更简单并且更有效的方式来确定与水生植物生长有关的参数，因此增加了控制、效率和性能，同时使人类参与的需要降至最低。此外，需要针对将允许与所述培养物的生长有关的条件的连续调节和优化的受胁迫条件和侵入物的早期检测来监测所述培养物，因此增加了收集物的安全性、质量和产量。
一种监测生长的常见方式是分析以预先规定的时间间隔从所述培养物提取的样品。这涉及训练有素的人员、使用实验室设施内的具体医疗器械、工具和设备。例如，这些日子以来，通常由所属领域中的专家执行显微分析以确定所述培养物的形态特点。此外，使用显微观察来识别生物污染物(例如细菌、藻类、真菌)和/或可在所述培养物中发现的选择性养分(例如抗氧化剂、膳食化学元素、蛋白等)的存在。然而，所述分析为耗时并且昂贵的，这按惯例限制了其频繁使用。
此外，这些分析通过具体用于所选择的参数的不同测试来执行，并且缺乏综合多参数分析的能力。例如，生物计数可用于随时间推移监测所述培养物的生长，例如通过确定生物量密度、生长加速、生长减速、生长期(例如停滞、指数生长、静止)、死亡率等。然而，即使最先进的计数器形态也仅提供一种参数而无检测早期转变的能力并且无建议相关因素和趋势的能力。
因此，需要一种系统，其可包括实时、连续、现场测试，具有自动化并且自主执行的可能性，并且具有Wi-Fi连通并且远程控制的可能性。这些特点将促进精确并且高度有效的实时培养管理和性能优化。
水平管道(还称作流通系统)为在水产养殖中用于培养水生生物的人造通道，所述水生生物例如鱼、藻类和水生植物(如紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属、芜萍属等)。传统水平管道典型地包括用于混合所述水生生物同时增加充气并且均质化营养成分的连续线路流系统。所述连续线路流用于提供所需水平的液体生长培养基，其允许所述水生生物在所述管道内以高密度进行培养。
如图1A所示，水平管道100可以矩形通道的形式发现，所述矩形通道含有从供应端流动至出口端的当前流动液体，例如水。在水产养殖行业中，为了产生大质量的水生生物，所述水生生物可在双重水平管道中进行培养。所述双重水平管道可以含有从供应端至出口端的线路水流的椭圆的形式(参考图1B作为110示出)或呈具有连续线路流的闭合椭圆发现，所述闭合椭圆具有位于所述椭圆上的任何点处的供应和端点(在图1C中作为120示出并且在图2中作为200示出)。一些水平管道可包括连续曲折通道(在图1D中作为130示出)。一些水平管道(例如水平管道130)可包括桨轮142和一个或多个隔板144。水平管道促进在来自单一进料、监测和收集点的大的培养区域内培养大量的水生生物。
如所属领域中目前所执行的水平管道的性质具有各种限制。如图2中例示，虽然水平管道结构允许大质量的水生生物的生长，但其需要大、平坦并且开放的表面区域。此外，使用常规水平管道配置的水产养殖操作可为昂贵的。例如，大量的水溶液和收集的生物量的装载和排放可为昂贵的操作。大的水平管道也可需要复杂清洁系统、灵敏控制系统等。此外，关于大池塘的所需基础设施和构造的高成本也可为水产养殖行业的负担。
常规水产养殖场可配备有多个控制单元，所述控制单元分别控制分立水平管道通道。在所述配置中，水生生物的生长可在水产养殖场内不一致，视提供至每个水平管道通道的生长条件而定。不一致生长可导致由所述水产养殖场产生的水生生物的不均一最终产品。
因而，对于水生植物的最佳生长所需的环境的有效控制引起关注。此外，用于生长所述水生植物的紧凑并且节省成本的系统也引起关注。
时常地，就适当生长和持续性来说，如水生植物培养物的水生生物取决于其生态系统(例如，光量、温度、天然养分等)。无论何时水生植物培养物从其最佳生态系统中取出，其均可经受退化、污染或死亡。因而，水生植物培养物在不模拟其最佳生态环境的环境中的运输和/或分布是需要适当控制的灵敏操作以确保水生植物以活力状态被递送至其目的地。
例如，水生植物培养物应在运输期间避免有害的条件(如高温)。另外，水生植物培养物的包装和分布应确保用户接收适用于他或她的需要的活力培养物。如果非活力培养物由用户接收，那么关于非活力培养物的递送的原因和解决方案应被识别以防止再发生。
另外，可优选以使运输和分布成本降至最低的方式包装并且运输水生植物培养物。例如，如果水生植物培养物可在环境温度(例如在18℃至25℃范围内)下运输，那么与在运输期间调整所述培养物的温度有关的成本可降低。此外，如果水生植物培养物在一段延长时期(例如大约一周或更长)内在装运容器内保持活力，那么与加急装运有关的成本可降低。
此外，基于从分布系统内的一种或多种组分接收的信息监测并且控制筒的分布可增加分布所述筒的效率，并且可促进所述分布系统内任何问题的快速识别和纠正。
本文所述的本发明的实施方案或其要素促进如水生植物培养物的水生生物的有效监测、栽培、收集和/或分布，以及其它目标。
在一些实施方案中，提供用于水生植物生长(芜萍属的水生培养物)的连续监测的系统和方法。这些系统和方法可促进与水生植物培养物有关的特征的早期检测。所述系统可接收水生植物的培养物的至少一个图像。并且所述系统可调节每一所要求的检测的图像获取设置(例如图像传感器、光学和光)。水生植物的培养物可包括一株或多株水生植物或不同类型的水生植物的组合。所述系统可通过对所述培养物的每个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物的至少一种特征有关的多种参数中的至少一种参数。
所述图像处理技术可包括但不限于使用确认与在接收的图像中发现的水生植物有关的各种参数的算法由处理器执行的技术。例如，所述算法可为能够通过分析由水生植物的培养物反射和透射通过水生植物的培养物的光来确定所述水生植物的颜色和形状的形状或颜色确认算法。所述计算机算法可包括一种用于对水生植物培养物的多种特征评分的方法。所述计算机算法还可包括一种用于比较所接收的图像与来自存储图像的与参数和/或特征有关的参考数据以确定所述水生植物的生长期和/或当前状态的算法，所述存储图像包括但不限于基线图像、先前从同一培养物收集的参考图像和/或存储于数据库中的先前从不同培养物收集的参考图像。
所识别的参数可包括但不限于所述水生植物的表面积、所述水生植物的密度、由所述水生植物吸收的光的量、从所述水生植物的表面反射的光的波长、透射通过所述水生植物的光的波长以及在所述反射或透射光中所述波长的分布。所述系统可接着基于所述参数确定所述培养物的至少一种特征。所述水生植物的特征可包括但不限于水生植物的形状、水生植物的大小、水生植物的色素(颜色)、水生植物的纹理或水生植物的透明度。所述系统可接着基于与至少一种特征有关的参数对所述水生培养物分类并且评分以确定所述水生培养物的状态。所述水生培养物的状态可为但不限于生物量密度、生长加速速率、生长减速速率、健康培养物、受污染培养物、受胁迫培养物、死培养物、垂死培养物、选择性常量养分或微量养分浓度/属性、培养物的生长期、死亡率等。受胁迫培养物可指示至少一种肥料要素的缺乏、极端光或温度条件或不良pH条件。此外，所述系统可配置成识别污染事件和水平，所述污染事件和水平可由于细菌、藻类、真菌等侵入所述培养物和生长而发生。
用于水生植物生长的连续监测的系统和方法可用于栽培分立水生植物培养物或多种水生植物培养物。所述系统和方法可连续地监测在一个或多个生物反应器内的一种或多种水生植物培养物。并且从生物反应器收集的数据(例如从执行图像处理技术收集的数据)可用于有效地控制在一个或多个生物反应器中的一种或多种水生植物培养物的监测和生长。此外，从生物反应器收集的数据可用于促进一种或多种水生植物培养物的分布。
图3示出根据一实施方案用于栽培、收集和输出水生植物的培养物的系统300。系统300包括生物反应器310。生物反应器310可具有经过调适以在所述系统中生长一种或多种水生植物的一个或多个生长单元330、经过调适以在所述系统中收集一种或多种水生植物的一个或多个收集单元340以及经过调适以修改和/或定制从所述一个或多个收集单元340收集的一种或多种水生植物的一个或多个处理单元350。控制单元370可配置成控制系统300的一个或多个操作。
系统300还可包括经过调适以接收作为起始材料或生物使用的水生生物(例如，处于预定生命阶段中的水生植物培养物)、肥料、水以及空气的输入单元320。所述水生生物起始材料可为例如但不限于来自浮萍科(Duckweed)、尤其来自紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属以及芜萍属的植物、可食用微藻类和大藻类。在另一实施方案中，使用未必可食用的水生生物的起始材料。所述起始材料可呈各种发育状态和形式，例如但不限于呈早熟或成熟植物形式、呈减弱形式、呈休眠形式、呈黄化形式和/或呈种子形式
系统300还可包括经过调适以供应所述水生植物和/或培养物条件培养基的一个或多个输出单元360，所述培养物条件培养基如食品、药用物质、美容物质、化学物质或其它适用产品。在一些实施方案中，输出单元360可输出呈未改变形式的水生植物培养物(例如，处于用于包装和分布的源生物反应器2602中或处于如下文所讨论的用于消耗的POU生物反应器2604中)。
在一些实施方案中，在输入单元320中执行两个连续步骤：接受步骤和孵育步骤。所述接受步骤包括从递送包装(例如，腔/筒，如筒2700的舱2702)接收起始材料进入孵育生长室321中，同时保持并且分级无菌条件。所述孵育步骤包括在转移至生长单元330之前使所述起始材料成熟所必需的时间和条件。所述孵育生长室321可包括一个或多个传感器，例如传感器372和图像传感器374，其可递送数据至控制单元370以便：(1)确保用于新的批料的安全/无污染状态，和(2)确保所述起始材料达到可接受的成熟状态。在一些实施方案中，在输入单元320内保持这两个步骤而非在生长单元330中包括所述步骤可允许倘若存在与新的培养物有关的错误则简单并且快速替换所述新的培养物。
输入单元320可包括用于接近一个或多个腔/筒(例如舱2702或筒2700)并且从所述腔/筒提取一种或多种水生植物培养物和肥料储备溶液的提取器322。提取器322可包括用于接近并且提取一种或多种水生植物培养物和/或肥料储备溶液的任何合适机构。在一些实施方案中，提取器322可包括具有用于接近并且提取一种或多种水生植物培养物和/或肥料储备溶液的刺穿末端的吸移类型器件。在一些实施方案中，提取器322可包括用于提取一种或多种植物培养物和/或肥料储备溶液的真空器件。在一些实施方案中，提取器322可包括用于提取一种或多种植物培养物和/或肥料储备溶液的真空器件。在一些实施方案中，提取器可包括用于在不同位置之间(例如从用于提取水生植物和/或肥料的提取位置至分配所述水生植物和/或肥料至孵育单元或生长单元中的分配位置移动的可移动机械器件(例如机械臂)。在一些实施方案中，提取器322可包括用于洗出一种或多种腔的内含物的洗涤单元。在操作中，控制单元370可读取并且存储位于标签和/或传感器(例如识别标签2720和/或筒传感器2722)上的信息，例如存储于生物反应器310的存储器378中。在一些实施方案中，当腔/筒位于输入单元320中时可执行所述信息的读取和存储。另外，控制单元370可记录当腔/筒由输入单元320接收时和/或当筒的一个或多个腔由提取器322接近时的时间标记。
控制单元370可配置成通过从传感器372(372-1至372-n)和图像传感器374(374-1至374-n)收集数据来控制每个单元(320、330、340、350、360)的操作并且实时监测系统300。控制单元370可配置成使用传感器372和/或374监测并且调节这些单元中每个的生长条件。如本文所用的“实时”可包括传输技术所固有的延迟、设计成优化资源的延迟以及所属领域的技术人员将显而易知的其它固有或所需延迟。在一些实施方案中，这些传输中的一些或全部可实时延迟，或可在具体操作完成后发生。
传感器372可包括但不限于温度传感器、湿度传感器、pH传感器、CO2传感器、光传感器、流量传感器、液面传感器等。图像传感器374可为经过调适以提供所述水生植物的培养物的至少一个图像的照相机。控制单元370可配置成监测并且分析从传感器372和/或374收集的数据并且基于从传感器372和/或374收集的数据控制培养条件、工艺流程以及单元320、330、340、350和360的操作。在一些实施方案中，生物反应器310为自含式单元，其包括在单一外壳312内的输入单元320、生长单元330、收集单元340、处理单元350、输出单元360以及控制单元370。
在一些实施方案中，如例如图3所示，生物反应器310为具有板载控制单元370的自含式生物反应器310。在一些实施方案中，控制单元370可与用于收集、存储和/或处理与操作的生物反应器310有关的信息的网络连通。在所述实施方案中，所述网络可包括用于收集、存储和/或处理与操作的多个生物反应器有关的信息的器件，如服务器。
在一些实施方案中，控制单元370经过调适以收集并且处理与水生植物培养物的相关特征的检测有关的数据/参数。在一些实施方案中，控制单元370可与用于收集、存储、分析和/或处理与水生植物培养物的相关特征的检测有关的数据的网络380连通。图4为用于收集、存储、分析和/或处理与水生植物的培养物的相关特征的检测有关的数据的网络380的示例性和非限制性示意图。网络380可为作为有线和/或无线网络实现的局域网络(LAN)、广域网络(WAN)、城域网络(MAN)、万维网(WWW)、因特网以及其任何组合。网络380可从连接至控制单元370并且以通信方式连接至网络380的传感器372和374接收和/或收集数据。
每个图像传感器374可经过调适以提供水生植物培养物的至少一个图像。所述培养物可包括但不限于紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属、芜萍属等的物种或其组合。数据库382可以通信方式连接至网络380。数据库382可用于维持欲用于检测与所述水生植物培养物有关的特征的信息。
网络380包括服务器384。服务器384可包括处理器386和存储器388。存储器388含有由所述处理器386执行的指令。服务器384可例如从至少一个图像传感器374接收所述水生植物的培养物的至少一个图像。响应于接收图像，服务器384可配置成通过对所接收的每个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物的特征有关的多种参数中的至少一种参数。并且，服务器384又可确定所述水生植物培养物的一种或多种特征。所述多种特征可包括但不限于形态特点(例如形状、大小)、颜色特点(例如一种或多种水生植物的色素)、水生植物的纹理、水生植物的透明度等。例如，服务器384可配置成识别在不同繁殖阶段(例如不同生长阶段)中发现的一种或多种分立水生植物和/或一种或多种水生植物。所述水生植物可以不同大小发现，所述大小可基于其表面积由服务器384测量。此外，服务器384可配置成识别具有不同组织的水生植物，所述组织例如光滑组织或具有斑点区域的组织。本文描述所述图像处理技术的这些和其它各种非限制性实施方案。
在一些实施方案中，所述水生植物的颜色可通过在所述水生植物中发现的要素(如类胡萝卜素和/或叶绿素和/或类酮黄素)的色素来确定。所述水生植物的色素可基于其密度、反射光波长以及其吸收光谱来确定。例如，具有约420nm至约480nm的近似吸光度的类胡萝卜素可具有橙色色素。作为另一实例，典型叶绿素具有绿色色素，当其涉及叶绿素a时，所述绿色色素可通过在约430nm与约662nm之间的近似吸光度最大值来识别，而叶绿素b具有在约453nm与约642nm之间的近似最大值。健康或不健康水生植物颜色可通过所述水生植物的色素的颜色的量和分布来确定。不健康水生植物的颜色为在针对给定的水生植物培养物的健康方案的范围外的颜色。例如，健康颜色方案可导致绿色和黄色色调的色彩。
在一些实施方案中，服务器384可配置成确定在所述培养物中发现的多种水生植物和在所述培养物中发现的具有相同色调和/或方案、形状等的多种水生植物。在一些实施方案中，每个识别的参数保存于数据库382中的条目中，所述条目还包括当接收各别图像时的时间标记。在一些实施方案中，服务器384可配置成在数据库382中连同时间标记一起存储确定的特征和/或状态，如确定的生长期。数据库382可用作含有一些或全部信息(包括图像、识别的参数和确定的特征和状态)连同用于随时间推移监测水生植物培养物的时间标记的日志。
服务器384也可配置成分析如数据库382中所记录的参数、特征和其时间标记以确定所述水生培养物的至少一种状态。所述状态可为生长加速速率、生长减速速率、受胁迫水平、死亡水平和/或死亡率等。每种状态可通过随时间推移评估识别的参数和/或特征的改变来确定。例如，服务器384可使用至少一种数学模型来确定所述培养物的生物量密度。此外，服务器384可配置成通过识别所述水生植物的色素、组织和形态特点中的一个或多个的改变来促进污染物的早期检测。污染可由于活要素(如细菌、藻类、真菌等)的侵入或由于一种或多种要素或物质的化学污染而发生。应注意如果发生污染，那么所述水生植物的色素可例如从黄色和绿色色调的色彩改变为红色和棕色色调的色彩。另外，所述水生植物的形态外观可由于污染要素或物质的存在而改变，例如，一种或多种水生植物可具有不光滑组织和/或变形形状。另外，不同于所述水生植物的典型形状的外来体和外来形状可作为污染要素被检测出。
在一些实施方案中，水生植物培养物的每个参数可保存于数据库382中的条目中，所述条目还包括当接收和/或拍摄各别图像时的时间标记。在一些实施方案中，服务器384可配置成在数据库382中连同时间标记一起存储确定的特征和/或状态，如确定的生长期。因而，数据库382可用作含有一些或全部信息(包括图像、识别的参数和确定的特征和状态)连同用于随时间推移监测水生植物培养物的时间标记的日志。
在一些实施方案中，服务器384可配置成产生在所述水生植物中发现的例如抗氧化剂、蛋白、膳食化学元素等的选择性养分属性。此外，服务器384可配置成确定所述培养物的生长期(例如延滞期、指数期、稳定期、衰亡期以及任何中间期)。
在生长周期的延滞期期间，所述水生植物正在成熟并且仍无法无性繁殖。在延滞期中，大部分的所述水生植物作为具有低透明水平的分立水生植物发现。此外，在延滞期中所述水生植物的色素的颜色的分布可由于在所述水生植物中发现的活性色素(例如叶绿素)而更多为绿色而非黄色。指数期为当分立水生植物正在无性繁殖时的时期。
在指数期中，大多数的所述水生植物连接至一株或多株水生植物(由于在子代植物从亲本植物萌芽之后的亲本-子代配对)。所述水生植物的透明水平通常相对较低并且其总色素通常显著为绿色。在指数期期间，可测量在不同突变状态下亲本-子代对的数目(例如，使用本文讨论的一种或多种图像处理技术)。这一期中的生长速率取决于生长条件，所述生长条件影响水生植物繁殖的频率和亲本和子代水生植物存活的概率。
稳定期为其中生长速率和死亡速率相等的时期。所述培养物可含有在不同成熟阶段彼此连接(亲本-子代对)的水生植物，和作为个体被发现的健康水生植物，所述健康水生植物均具有健康绿色色素沉着。另外，大量的不健康/死水生植物可经由其亮黄色色素沉着和相对较高的透明水平来检测。在稳定期期间产生的新的水生植物的数目受生长因素限制，所述生长因素如必需养分的缺乏和/或接触抑制因素的分泌。因而，水生植物生长的速率可匹配水生植物死亡的速率。
衰亡期为当所述水生植物处于致死受胁迫(例如养分用光)下时的时期。在衰亡期中大多数的所述水生植物作为具有亮黄色色素沉着和相对较高的透明水平的个体被发现。在衰亡期，所述水生植物的色素的颜色的分布可由于活性色素分子(例如叶绿素)的含量的急剧降低而更多为黄色而非绿色。
不同生长期可通过不同形状、颜色等分类。在一些实施方案中，服务器384可配置成在数据库382中存储例如所述培养物的至少一个图像、确定的特征、所述培养物的生长期以及其它相关数据连同当接收所述数据时的时间标记用于将来使用。
虽然图4示出一种用于从传感器372和374收集、存储和分析数据的网络，但控制单元370可包括所有必要组件(如处理器和存储器)以在不存在网络时执行所述收集、存储和分析。在所述实施方案中，生物反应器310可包括经过调适以在不存在网络时操作的独立单元。在一些实施方案中，独立生物反应器可充当用于多种其它生物反应器的“服务器”。换句话说，独立生物反应器可为管理生物反应器，其接收由其它生物反应器的传感器372/374收集的数据以及由其传感器372/374收集的数据。
图5示出根据一个实施方案用于收集在生物反应器310内的水生植物培养物392的多视角和多波长图像的成像系统390。成像系统390可包括至少一个图像传感器374，如但不限于收集由培养物392反射和/或透射通过培养物392的光的照相机。各种光源可定位于培养物392周围用于以具有不同波长和不同照明强度的各种形式的光照射培养物392。例如，明视场光源394和暗视场光源396可产生从培养物392反射出并且由图像传感器374收集的光。另外，透射光源398可产生在已经通过培养物392之后由图像传感器374收集的光。所收集的每个图像可通过应用一个或多个光源来拍摄，各光源经过设定以如控制单元370所定义的所需强度照射。
图6A为根据一个实施方案的系统600的示例性和非限制性示意图。系统600包括具有四个操作单元的生物反应器：一个或多个输入单元(IU)320、一个或多个生长单元(GU)330、一个或多个收集单元(HU)340和一个或多个输出单元360。输出单元360可递送水生生物或欲用作例如食品或美容物质的培养物条件培养基的收集部分。输出单元360可包括用于分配食品或美容物质的至少一个喷嘴。
单元320、330、340和360可为子系统，各包括一个或多个隔室，并且所述单元中的每一个的操作可由控制单元370控制。在一些实施方案中，控制单元370可控制一系列阀622、632和642，所述阀允许水生生物从一个操作单元递送至另一操作单元。在一些实施方案中，所述阀中的一个或多个为单向的并且允许内含物从第一单元递送至第二单元，例如从生长单元330递送至收集单元340。在一些实施方案中，所述阀中的一个或多个为双向的并且允许内含物从第一单元递送至第二单元并且从所述第二单元递送至所述第一单元(例如允许内含物从生长单元330递送至收集单元340以及从收集单元340递送至单元生长单元330)。通过所述阀的流动方向可由控制单元370控制。
在操作中，作为起始材料使用的水生生物(例如处于预定生命阶段中的水生植物培养物)可插入至输入单元320中。在输入单元320中，所述起始材料经由无污染程序进入并且可接着以控制和监测方式灭菌并且暴露于光以刺激成熟至栽培状态。所述过程的监测和控制可由控制单元370监测和/或控制。
控制单元370可执行多种生理、化学和物理测量，所述测量涉及确保无污染状态、生物活力、生长速率、生长周期和培养物健康条件以及环境生长条件，所述环境生长条件如温度、离子浓度、O2和CO2浓度、光强度等。在一些实施方案中，所述图像可为存在于孵育生长室321中的水生植物培养物的图像。在一些实施方案中，所述图像可为存在于由输入单元320接收的筒中的水生植物培养物(例如含于筒2700中的舱2702内的水生植物培养物)的图像。在所述实施方案中，水生植物培养物的活力(例如所述水生植物培养物的污染状态)可在所述培养物被引入至孵育生长室321中之前确定，由此降低污染孵育生长室321的可能性。
一旦所述水生植物培养物已经在孵育生长室321中成熟并且控制单元370确认无污染存在，所述成熟并且无污染水生植物培养物可例如经由阀622被转移至生长单元330。生长单元330可通过提供并且保留(生物模仿)水生植物培养物的最佳自然环境条件来促进所述水生植物培养物的生长，包括持续监测并且调节生长条件来满足安全性、数量以及质量规格。所述最佳自然环境条件可作为物理条件(如光和温度级以及时间安排、水流动速率、空气流量和压力以及生物动态浓度)、生长基质的化学条件(如潜在氢、离子浓度、肥料化合物、溶解CO2和空气组成)以及生理条件(如生物形态、大小和颜色模式)定义并且提供。控制单元370可通过从传感器372和图像传感器374收集数据来监测这些环节条件。另外，控制单元370可持续地实时监测、调节并且优化这些环境条件。
当需要收集操作时，所述水生植物培养物可例如经由阀632转移至收集单元340。收集单元340可收集所述水生植物培养物的至少一部分。所收集的培养物可进行清洁以满足输出准则，如食品级准则，并且可接着例如经由阀642转移至一个或多个输出单元360，并且可通过所述一个或多个输出单元360作为食品或美容物质供应至用户。从阀632至输出单元360的整个收集过程的监测和控制可由控制单元370控制。在一些实施方案中，所述收集过程可包括从生长单元330收集条件生长培养基或基质，其可包括从所述培养物分泌的组分，与所述水生植物培养物本身组合或不含所述水生植物培养物本身。
图6B为根据另一实施方案包括生物反应器的系统650的示例性和非限制性示意图，示出处理单元350的细节。在这一实施方案中，所收集的培养物通过阀642从收集单元340转移至修改单元(MU)652，至定制单元(CU)654，或平行或以双向先后顺序至两者。所述培养物可通过阀656从定制单元654转移至修改单元652或通过阀658从修改单元652转移至定制单元654。在一些实施方案中，所收集的培养物平行或以双向先后顺序转移至修改单元652和/或定制单元654可在控制单元370的控制下执行。在一些实施方案中，所述转移可手动执行。
控制单元370可控制修改单元652和定制单元654的操作。修改单元652可包括一个或多个隔室。修改单元652可配置成就成分含量而言改变输出的食品或美容物质。此举可通过改变所选择的生长条件因素或可引起或诱导修改的不同因素的改变的组合来实现。这些因素可包括光强度级和/或光谱、基质或空气温度、空气气体混合物、肥料混合物改变或在不同时间间隔和时间长短下这些或其它因素的任何组合。在一些实施方案中，所述修改可包括从所述生物和/或所述条件培养基或基质纯化并且浓缩生物活性组分。所收集的培养物可接着通过阀662转移并且通过所述一个或多个输出单元360作为食品或美容物质供应至用户。
定制单元654可包括一个单元、独立子系统或其任何组合并且可包括一个或多个隔室。在定制单元654中，所述水生生物的所收集的培养物可在清洁步骤之后在无额外处理的情况下被处理为新鲜输出物并且可根据用户的偏好经历一种或多种物理改变，如但不限于将新鲜食品研磨和/或挤压成液体产品、将其干燥至介于95％-5％水范围内的预定水平、使其变成在所需粘度水平下的浆料或将其研磨成粉末。这些改变可包括各种调味程序或成分附加以实现所需结果用于将来使用或消耗。所述水生生物的所收集的培养物可接着通过阀662转移并且通过所述一个或多个输出单元360作为食品或美容物质供应至用户。在一些实施方案中，所述水生生物的所收集的培养物可通过阀662转移通过修改单元652和定制单元654并且接着通过所述一个或多个输出单元360作为食品或美容物质供应至用户。
在所述系统300、600或650的每个阶段中使用多个平行单元会促进产生多种和/或不同食品或美容产品并且可促进食品和/或美容物质的不同产品的混合。例如，如果输入单元320中存在两个隔室，那么可能提供两种不同生物的起始材料，所述起始材料可分别在生长单元330中的两个独立隔室中生长并且接着在收集单元340中混合成单一食品。或者，如果收集单元340包括多个隔室，那么控制单元370可控制产生，使得生长单元330中的隔室的内含物被转移至收集单元340的独立隔室中。
在一些实施方案中，生物反应器310可包括用于向用户显示信息的显示器376(例如液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)显示器)。生物反应器310还可包括用于接收来自用户的命令的用户接口377(例如键盘、按钮或触摸屏(其可或可不整合成显示器376))。控制单元370可配置成控制显示器376并且接收来自用户接口377的命令。显示器376和用户接口377可允许用户控制生物反应器310的各方面。例如，显示器376和用户接口377可允许用户要求新的筒(例如筒2700)、联系客户服务、检阅来自服务器(例如服务器384或2606)的消息。作为一非限制性实例，显示器376和用户接口377可允许用户检阅用于发送新的起始材料至生物反应器310(例如，新的筒2700)的要求确认和/或向生物反应器310发送信号以分配来自输出单元360的水生植物培养物。显示器376也可显示生物反应器310的一种或多种操作状态，例如但不限于生物反应器310内的温度、生物反应器310内的水生植物的体积、生物反应器310的网络连接状态(即，生物反应器310目前是否与服务器连通)以及生物反应器310的错误状态。
根据一个实施方案监测与水生植物的培养物有关的至少一种特征的操作现将参考图7描述，图7示出一示例性和非限制性流程图700。根据一个实施方案，所述操作包括监测在所述水生植物培养物内水生植物的形状、颜色、组织、透明度或大小中的至少一个。在710中，当服务器384接收要求以确定与所述水生植物培养物有关的至少一种特征时，所述方法开始。在715中，服务器384可调节成像设备，例如图像传感器374，并且准备获得图像。在720中，服务器384可例如从至少一个图像传感器374接收所述培养物的至少一个图像。在725中，服务器384可通过对所述至少一个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物有关的多种参数中的至少一种参数。在730中，服务器384可将所述识别的参数连同所述图像处理技术的结果与时间标记一起存储于数据库382中。
在735中，服务器384可分析与所述识别的参数有关的结果以确定与所述水生植物培养物有关的至少一种特征。接着，在740中，服务器384可在数据库382中存储所述特征。服务器384可接着确定在745中是否存在额外要求。如果存在一额外要求，那么服务器384可再一次在710处开始所述过程。如果不存在一额外要求，那么服务器384可检查是否有任何额外图像需要在750中进行处理。如果有额外图像需要进行处理，那么服务器384可返回至720。如果无额外图像进行处理，那么服务器384可继续至755。在755中，服务器384可确定所述参数已经随时间推移发生的改变。最后，在760中，服务器384可执行每一图像、每一样品和每一所要求的特征的整合数据分析以确定所述水生植物培养物的状态。
所述整合数据分析可为但不限于图像处理技术，所述图像处理技术比较所接收的图像与来自存储图像的与参数和特征有关的参考数据以确定所述水生植物的特征，所述存储图像包括但不限于基线图像、先前从同一培养物收集的参考图像和/或存储于数据库中的先前从不同培养物收集的参考图像。所述整合数据分析还可包括对所要求的特征评分(如下文参考例如图24-25B所述)和比较针对每个特征的评分与先前评分、参考评分和/或基线评分。
根据一个实施方案监测在水生植物的培养物中发现的一种或多种选择性养分水平的操作现将参考图8描述，图8示出一示例性和非限制性流程图800。根据一个实施方案，所述操作包括监测可在所述培养物水生植物中发现的例如抗氧化剂、蛋白、膳食化学元素等的水平或浓度。在一些实施方案中，选择性养分浓度可基于例如叶绿素水平或类胡萝卜素水平来确定。在810中，当服务器384接收要求以确定与所述培养物中的一种或多种选择性养分水平有关的至少一种特征时，所述方法开始。在一些实施方案中，服务器384可接收要求以监测与所述水生植物的培养物中的一种或多种选择性养分有关的具体特征。在815中，服务器384可调节成像设备，例如图像传感器374，并且准备获得图像。在820中，服务器384可例如从至少一个图像传感器374接收所述培养物的至少一个图像。在825中，服务器384可通过对所述至少一个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物有关并且与一种或多种选择性养分有关的多种参数中的至少一种参数。具体说来，可识别与在所述水生植物中发现的色素分子(例如叶绿素)有关的参数。在一些实施方案中，服务器384可配置成通过在所述培养物上投射光(例如，在叶绿素检测的情况下在可见光谱中约520-570nm的近似波长)来确定色素分子的光吸收。叶绿素使所述水生植物以绿色可见，并且因此，叶绿素缺乏将使所述水生植物看来较少绿色并且较多黄色。在一些实施方案中，服务器384可配置成使用至少一种数学模型来确定色素分子的浓度(例如所述培养物中的叶绿素)。
在830中，服务器384可将所述识别的参数连同所述图像处理技术的结果与时间标记一起存储于数据库382内。在835中，服务器384可分析所述至少一种参数以确定与所述水生植物培养物的一种或多种选择性养分有关的所要求特征。接着，在840中，服务器384可在数据库382中存储所述特征。服务器384可接着确定在845中是否存在额外要求。如果存在一额外要求，那么服务器384可再一次在810处开始所述过程。如果不存在一额外要求，那么服务器384可检查是否有任何额外图像需要在850中进行处理。如果有额外图像需要进行处理，那么服务器384可返回至820。如果无额外图像进行处理，那么服务器384可继续至855。在855中，服务器384可确定所述参数已经随时间推移发生的改变。最后，在860中，服务器384可执行每一图像、每一样品和每一所要求的特征的整合数据分析以确定所述水生植物培养物的至少一种选择性养分属性。
所述整合数据分析可为但不限于图像处理技术，所述图像处理技术比较所接收的图像与来自存储图像的与参数和特征有关的参考数据以确定在水生植物的培养物中发现的一种或多种选择性养分水平，所述存储图像包括但不限于基线图像、先前从同一培养物收集的参考图像和/或存储于数据库中的先前从不同培养物收集的参考图像。所述整合数据分析还可包括对所要求的特征评分(如下文参考例如图24-25B所述)和比较针对每个特征的评分与先前评分、参考评分和/或基线评分。
在一些实施方案中，在855中，服务器384可配置成取回存储于数据库382中的信息以评估色素分子水平发生的改变。这可用于确定所述培养物中的受胁迫速率。在所述实施方案中，色素分子水平(例如叶绿素水平)随时间推移的降低可暗示培养物的受胁迫水平的增加。换句话说，所述培养物中受胁迫水平的增加可由所述培养物中绿色色素沉着强度的降低和相应的浅黄色色调的外观反映。在一些实施方案中，服务器384可配置成例如通过确定在叶绿素中发现的镁的浓度来产生在所述培养物中发现的选择性养分的属性。
根据一个实施方案确定水生植物的培养物的生长期或生长速率的操作现将参考图9描述，图9示出一示例性和非限制性流程图900。在910中，当服务器384接收要求以确定与所述水生植物的培养物的生长期或生长速率有关的至少一种特征(例如芜萍属生长)时，所述方法开始。在915中，服务器384可调节成像设备，例如图像传感器374，并且准备获得图像。在920中，服务器384可例如从至少一个图像传感器374接收所述培养物的至少一个图像。
在925中，服务器384可通过对所述至少一个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物有关并且与所述培养物的生长期或生长速率有关的至少一种参数。在一些实施方案中，服务器384可配置成识别与例如所述水生植物的形状、大小、组织、透明水平、色素(颜色)等中的至少一个有关的参数。此外，服务器384可配置成识别多种被发现具有相同形状、大小、颜色等的水生植物。在一些实施方案中，以相同时间间隔执行所述分析以达成一致性目的，然而，在其它实施方案中，可采用不同策略。在930中，服务器384可将所述识别的参数连同所述图像处理技术的结果与时间标记一起存储于数据库382内。在步骤935中，服务器384可分析所述至少一种参数以确定与水生植物培养物的生长期或生长速率有关的所要求特征。接着，在940中，服务器384可在数据库382中存储所述特征。在一些实施方案中，服务器384可配置成在数据库382中连同时间标记一起存储确定的特征，如确定的生长期。在一些实施方案中，数据库382可用作含有一些或全部信息(包括图像、识别的参数和确定的特征)连同用于随时间推移监测水生植物培养物的时间标记的日志。
服务器384可接着确定在945中是否存在额外要求。如果存在一额外要求，那么服务器384可再一次在910处开始所述过程。如果不存在一额外要求，那么服务器384可检查是否有任何额外图像需要在950中进行处理。如果有额外图像需要进行处理，那么服务器384可返回至920。如果无额外图像进行处理，那么服务器384可继续至955。在955中，服务器384可评估所识别的参数随时间推移发生的改变以确定生长速率和/或生长期。最后，在960中，服务器384可执行每一图像、每一样品和每一所要求的特征的整合数据分析以确定所述水生植物培养物的生长期或生长速率中的至少一个。
所述整合数据分析可为但不限于图像处理技术，所述图像处理技术比较所接收的图像与来自存储图像的与参数和特征有关的参考数据以确定水生植物的培养物的生长期和/或生长速率，所述存储图像包括但不限于基线图像、先前从同一培养物收集的参考图像和/或存储于数据库中的先前从不同培养物收集的参考图像。所述整合数据分析还可包括对所要求的特征评分(如下文参考例如图24-25B所述)和比较针对每个特征的评分与先前评分、参考评分和/或基线评分。
作为一非限制性实例，服务器384可配置成估计在不同无性繁殖阶段关于其形状被发现的水生植物的数目随时间推移发生的改变，如下文参考图12A所述。此外，服务器384可替代地或进一步配置成估计特定参数(例如叶绿素的密度，其与绿色色素的强度有关)随时间推移发生的改变。强烈绿色色素可指示健康水生植物；因此当绿色色素的水平降低时，其可指示所述培养物以受胁迫状态被发现，这可指示生长减速。服务器384可配置成使用例如至少一种数学模型来确定与每一培养物部分并且每一时间单位发生的多种无性繁殖事件有关的生长速率。当每一培养物部分和每一时间单位的无性繁殖事件的数目增加时，有可能指示所述培养物的生长速率增加。
当大多数的所述水生植物连接至一株或多株水生植物(亲本-子代对或3-5株植物的亲本-子代群落)并且其相应色素为强烈绿色时，这可暗示所述培养物在指数期被发现。如果子代水生植物具有比其亲本少的叶绿素，那么这可指示受胁迫条件。在所述情形中子代水生植物的色素将具有较亮绿色色调。当大多数的所述水生植物作为分立水生植物被发现时，其色素更多为黄色而非绿色，并且其透明水平较高，这可暗示所述培养物以不健康状态被发现或甚至在衰亡期被发现。在一些实施方案中，服务器384可配置成通过识别例如水生植物的异常形状连同异常色素的存在(例如，在绿色至黄色的色彩中未发现的色素)、所述水生植物的非典型组织等来确定污染物的存在。
在一些实施方案中，服务器384可配置成取回关于多个图像在数个时间点被鉴别的参数。服务器384可进一步配置成使用所述参数来产生描述所述培养物的生长期的直方图。例如，如图12B所示，所述培养物的生长期可包括延滞期1260、指数期1265、稳定期1270以及衰亡期1275。
在一些实施方案中，服务器384可配置成通过评估随时间推移在与所述特征有关的所识别参数中发生的改变，例如水生植物的形状、大小、色素(颜色)、组织、透明水平等的改变来确定受胁迫状态和/或是否存在受胁迫。具有不同异常的水生植物的增加的数目可暗示增加的受胁迫水平，所述具有不同异常的水生植物如具有不健康色素(例如在强烈绿色色素沉着的色彩中未发现的色素)的水生植物、具有降低的大小的水生植物、具有增加的透明度的水生植物、具有变形组织或形状的水生植物等。在一些实施方案中，服务器384可配置成使用至少一种数学模型来确定每一时间单位出现的多种异常水生植物。
根据一个实施方案检测水生植物的培养物中的污染事件的操作现将参考图10描述，图10示出一示例性和非限制性流程图1000。在1010中，当服务器384接收要求以确定与所述水生植物的培养物中的污染事件有关的至少一种特征时，所述方法开始。污染可由于例如细菌、藻类、真菌等的侵入而发生。在1015中，服务器384可调节成像设备，例如图像传感器374，并且准备获得图像。在1020中，服务器384可例如从至少一个图像传感器374接收所述培养物的至少一个图像。在1025中，服务器384可通过对所述至少一个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物有关并且与所述培养物中的污染事件有关的至少一种参数。在1030中，服务器384可将所述识别的参数连同所述图像处理技术的结果与时间标记一起存储于数据库382内。
在1035中，服务器384可分析所述参数以确定与所述水生植物的污染状态有关的所要求特征。例如，服务器384可配置成通过在所述培养物上投射具有具体波长的基础颜色的组合来识别所述水生植物的色素中的颜色的分布。作为响应，所述培养物将反射不同波长的光，视在每种水生植物中发现的一种或多种元素而定。可分析反射光波长以确定与水生植物中的每种元素有关的特征，即颜色。例如，叶绿素的反射光为具有约520-570nm的近似波长的绿色，其在可见光谱中。
另外，服务器384可配置成分析通过所述水生植物的表面的光线。这可用于识别所述水生植物的形状和/或大小。反射光线将暗示某一位置处水生植物的存在，然而，光的通过将暗示在所述位置处无水生植物。此外，服务器384可配置成通过例如比较从图像传感器374接收的图像与在数据库382中发现的具有正常组织的水生植物的至少一个图像来识别具有异常组织的水生植物。
在1040中，服务器384可在数据库382中存储所述特征。服务器384可接着确定在1045中是否存在额外要求。如果存在一额外要求，那么服务器384可再一次在1010处开始所述过程。如果不存在一额外要求，那么服务器384可检查是否有任何额外图像需要在1050中进行处理。如果有额外图像需要进行处理，那么服务器384可返回至1020。如果无额外图像进行处理，那么服务器384可继续至1055。在1055中，服务器384可确定所述参数随时间推移发生的改变。
典型地，如果发生污染，那么所述水生植物的色素会例如从黄色和绿色的色彩改变为红色和棕色的色彩。另外，所述水生植物的形态外观可由于例如可在所述培养物中发现的细菌、藻类、真菌等或由于化学污染而改变。所述形态改变可例如以一种或多种水生植物的不光滑组织和/或变形表面表现。在一些实施方案中，服务器384可配置成通过识别通过所述水生植物的光线的改变来识别变形表面。在一些实施方案中，服务器384可在数据库382中存储当所述图像与所述识别的参数一起被接收时的时间标记。在一些实施方案中，服务器384可配置成在数据库382中连同时间标记一起存储确定的特征，如污染事件特征。在一些实施方案中，数据库382可用作含有一些或全部信息(包括图像、识别的参数和确定的特征)连同用于随时间推移监测水生植物培养物的时间标记的日志。
最后，在1060中，服务器384可执行每一图像、每一样品和每一所要求的特征的整合数据分析以确定所述水生植物培养物是否受到污染。所述整合数据分析可为但不限于图像处理技术，所述图像处理技术比较所接收的图像与来自存储图像的与参数和特征有关的参考数据以确定所述水生植物培养物是否受到污染，所述存储图像包括但不限于基线图像、先前从同一培养物收集的参考图像和/或存储于数据库中的先前从不同培养物收集的参考图像。所述整合数据分析还可包括对所要求的特征评分(如下文参考例如图24-25B所述)和比较针对每个特征的评分与先前评分、参考评分和/或基线评分。
如果服务器384确定所述培养物受到污染，那么服务器384可首先确定污染的水平。如果服务器384确定所述污染为“低水平”污染，那么服务器384可执行防污染措施。防污染措施包括但不限于UV循环、洗涤循环、增加所述培养物的pH、改变所述培养物的生长介质以及改变光或温度条件。在防污染措施的执行之后，服务器384可例如通过采用图10中所述的方法实时监测所述培养物的反应和污染状态。如果服务器384确定所述污染已经消除，那么服务器384可回复标准操作条件并且继续生长所述培养物。如果服务器384确定所述污染无法消除，那么服务器384可锁住输出单元360并且可发送改变报告至用户和/或至控制中心。
根据一个实施方案确定水生植物的生长的培养物的活力或健康状态的操作现将参考图11描述，图11示出一示例性和非限制性流程图1100。在1110中，当服务器384接收要求以确定与水生植物的培养物的活力或健康状态有关的至少一种特征(例如芜萍属生长)时，所述方法开始。在1115中，服务器384可调节成像设备，例如图像传感器374，并且准备获得图像。在1120中，服务器384可例如从至少一个图像传感器374接收所述培养物的至少一个图像。在1125中，服务器384可通过对所述至少一个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物有关并且与所述植物的活力或培养物健康状态有关的至少一种参数。在1130中，服务器384可将所述识别的参数连同所述图像处理技术的结果与时间标记一起存储于数据库382内。在1135中，服务器384可分析所述参数以确定与所述水生植物的活力或健康有关的所要求特征。
例如，服务器384可指导成像系统390在所述培养物上投射不同波长和/或照度级的光。又，成像系统390会捕捉图像中的反射光。接着，服务器384可在不同波长和照射条件方面分析所述图像。在一些实施方案中，服务器384可配置成识别所述水生植物的图像中的色素沉着的分布。例如但不加限制，服务器384可配置成识别通过水生植物的表面的光线，所述光线将根据所述水生植物的表面的改变而改变。此外，服务器384可配置成识别一种或多种形态特点，例如所述水生植物的形状和/或大小。在一些实施方案中，服务器384可配置成识别例如单轮(其表示分立水生植物)、彼此连接的两轮或更多轮水生植物(其表示在无性繁殖中发现的亲本-子代对)等的形状。此外，所述水生植物的大小可由服务器384根据其表面积来测量。
另外，服务器384可配置成识别所述水生植物的纹理和/或透明水平。一般来说，材料的透明水平描述所述材料允许光线通过所述材料或从所述材料反射光线的相对能力。为了确定水生植物的透明水平，服务器384可配置成测量例如通过所述水生植物的光线。此外，为了识别水生植物的纹理，服务器384可配置成通过比较所接收的图像与存储于数据库382中的图像来分析所述接收的图像。水生植物一般具有以规定分布具有光滑或斑点组织的区域。因此，在一些实施方案中，当服务器384识别含有不同组织分布、其它组织类型和/或高透明水平的水生植物时，服务器384可配置成将其视为不健康水生植物。此外，在一些实施方案中，服务器384可配置成识别被发现具有相同色素、形状、组织等的水生植物的数目。
服务器384可配置成例如通过评估通过所述水生植物的光的强度的改变来确定所述水生植物的培养物的密度。或者，服务器384可配置成使用至少一种数学模型来测量以给定体积被发现的水生植物的质量。
在1140中，服务器384可在数据库382中存储所述特征。时间标记可在1140中连同所述特征一起存储。服务器384可接着确定在1145中是否存在额外要求。如果存在一额外要求，那么服务器384可再一次在1110处开始所述过程。如果不存在一额外要求，那么服务器384可检查是否有任何额外图像需要在1150中进行处理。如果有额外图像需要进行处理，那么服务器384可返回至1120。如果无额外图像进行处理，那么服务器384可继续至1155。在1155中，服务器384可确定所述参数随时间推移发生的改变。
最后，在1160中，服务器384可执行每一图像、每一样品和每一所要求的特征的整合数据分析以基于在1125中识别的参数和与水生植物生长周期有关的一种或多种特征确定所述培养物的活力或健康。例如，在一些实施方案中，无性繁殖由彼此连接的水生植物表征。此外，衰亡期可由具有绿色色素的缺乏和高透明水平的水生植物表征。此外，健康水生植物的特征可在于例如浓烈的绿色色素。非绿色或黄色的色素的存在可指示污染的存在。并且至少两种水生植物之间的连接可暗示亲本-子代关系。
在1160中执行的所述整合数据分析可为但不限于图像处理技术，所述图像处理技术比较所接收的图像与来自存储图像的与参数和特征有关的参考数据以确定水生植物的培养物的活力或健康状态，所述存储图像包括但不限于基线图像、先前从同一培养物收集的参考图像和/或存储于数据库中的先前从不同培养物收集的参考图像。所述整合数据分析还可包括对所要求的特征评分(如下文参考例如图24-25B所述)和比较针对每个特征的评分与先前评分、参考评分和/或基线评分。
图7-11中描述的操作可整体或部分地整合。此外，虽然图7-11中的操作已经关于具有服务器和数据库的网络进行描述，但应了解控制单元370可能含有所有必要组件以在不存在网络时执行图7-11中的操作。在所述实施方案中，生物反应器310可包括经过调适以在不存在网络时操作的独立单元。另外，在一些实施方案中，控制单元370可理解为包括服务器384和数据库382。另外，应了解本文中论述为由控制单元370执行的任何操作均可能整体或部分地由服务器384执行。
随时间推移监测培养物的生长的操作现将参考图12A描述，图12A为根据一个实施方案关于水生植物的培养物产生的直方图1200。与多个图像有关的在数个时间点被识别的多种参数可由数据库382取回。在一些实施方案中，服务器384可评估所述水生植物的形状随时间推移发生的改变。服务器384也可配置成对在每个时间点被发现具有某一形状的水生植物的数目计数。所述水生植物可例如作为分立水生植物1210、连接至幼小子代水生植物的小圆形形状1220的亲本水生植物、连接至初期子代水生植物的进一步发展的圆形形状1230的亲本水生植物、连接至长大的子代水生植物的几乎完全发展的圆形形状1240的亲本水生植物以及两种水生植物(具有具相似大小的成熟子代的亲本水生植物，彼此连接)1250被发现。
通过识别所述水生植物的形状并且定量每一各形状的具有相同形状的水生植物的数目，服务器384能够确定所述培养物的生长期。例如，当大多数的所述水生植物作为分立水生植物1210被发现时(如例如图14所示)，服务器384可确定所述培养物在延滞期1260中被发现。当服务器384识别具有多种形状1210至1250(在如图17C中证明的典型比率下)的水生植物时，服务器384可确定所述培养物在指数期1265中被发现。作为一非限制性实例，服务器384可配置成将大多数水生植物识别为具有高透明水平并且具有更多黄色色素而非绿色色素的分立水生植物1210。在这一实例中，所述培养物可被识别为处于衰亡期(例如图12B中的阶段1275)的培养物。
服务器384可配置成关于其形状产生水生植物生物量积聚随时间推移的直方图1200。在图12A中，X轴1280表示时间线并且Y轴1290表示水生植物生物量积聚的自然对数(ln)函数。在一些实施方案中，服务器384也可评估所述水生植物的色素和其透明水平发生的改变以确定所述培养物的生长期。
图13示出由成像系统390收集的示例性图像1300。图像1300含有在各种发育阶段的水生植物，包括分立水生植物1210、连接至幼小子代水生植物的小圆形形状1220的亲本水生植物、连接至初期子代水生植物的进一步发展的圆形形状1230的亲本水生植物、连接至长大的子代水生植物的几乎完全发展的圆形形状1240的亲本水生植物以及彼此连接的两种水生植物(具有具相似大小的成熟子代的亲本水生植物)1250。图13还示出具有斑点组织区域(如区域1212)的密集叶绿素，其可由控制单元370用于对水生植物的健康培养物分类。所述水生植物的具有光滑组织和明亮颜色的外部区域1214可由控制单元370用于对所述水生植物的颜色和组织分类。此外，亲本和子代植物之间的连接区域1245可由控制单元370识别。连接区域1245典型地为最暗的绿色区域并且可由控制单元370用于确定所述水生植物培养物的生长期。例如，大量的连接区域1245将指示所述培养物目前处于指数期1265。
图14示出由成像系统390收集的另一示例性图像1400，其示出在延滞期1260中被发现的水生植物的健康培养物。在操作期间，所述培养物的图像1400可由服务器384从图像传感器374接收。图像1400可通过至少一种图像处理技术进行分析以识别与所述水生植物有关的特征。例如，通过在所述培养物上投射在可见光谱中的约520-570nm的近似波长的光，并且使用图像传感器374捕捉图像，发现所述培养物具有显著绿色色素，其代表健康水生植物。此外，大多数的所述水生植物作为具有低透明水平的个体1210被发现。在这种情况下，服务器384可基于这些特征的识别确定所发现的培养物处于延滞期1260中。
图15示出由成像系统390收集的一示例性图像1500，其示出在指数期1265中被发现的水生植物的健康培养物。在操作期间，所述培养物的图像1500可由服务器384从图像传感器374接收。所述图像可通过至少一种图像处理技术进行分析以识别与所述水生植物有关的特征。例如，通过在所述培养物上投射在可见光谱中的约520-570nm的近似波长的光，并且由图像传感器374捕捉图像，发现所述培养物具有显著绿色色素，其代表健康水生植物。此外，当分析所述培养物时，服务器384可配置成识别具有不同形状并且具有低透明水平的水生植物。根据图像1500，所述培养物含有作为分立水生植物被发现的多种亲本水生植物1210、连接至幼小子代水生植物的小圆形形状1220的多种亲本水生植物、连接至初期子代水生植物的进一步发展的圆形形状1230的多种亲本水生植物、连接至长大的子代水生植物的几乎完全发展的圆形形状1240的多种亲本水生植物、连接至成熟子代1250的多种亲本水生植物。在这种情况下，基于这些特征的识别和其典型相对分布，服务器384可确定所发现的培养物处于指数期1265中。
图16示出由成像系统390收集的一示例性图像1600，其示出在稳定期1270中被发现的水生植物的健康培养物。在操作期间，所述培养物的图像1600可由服务器384从图像传感器374接收。所述图像可通过至少一种图像处理技术进行分析以识别与所述水生植物有关的特征。例如，通过在所述培养物上投射光，并且使用图像传感器374捕捉图像，服务器384可配置成识别所述水生植物的色素的绿色和黄色的分布。此外，服务器384可配置成基于分析通过所述水生植物的光线确定不同水生植物具有不同透明水平。
根据图像1600，所述培养物含有健康水生植物(例如水生植物1610)和不健康/垂死水生植物(例如水生植物1620)。健康水生植物1610由于绿色色素沉着的分布和强度被识别。从健康水生植物1610反射的光将由于活性色素分子(例如叶绿色)的存在而更多为绿色而非黄色。不健康/垂死水生植物颜色由于在健康方案的范围外的亮黄色色素沉着而被识别。在这种情况下，不健康/垂死水生植物1620看来更多为黄色而非绿色，指示活性色素分子(例如叶绿素)的缺乏。当所述水生植物死亡时，出现无活性色素分子的存在。另外，服务器384可配置成识别所述水生植物的透明水平。不健康/垂死水生植物1620的透明水平与健康水生植物1610的透明水平相比较高。在这种情况下，基于这些特征的识别，服务器384可确定所述培养物在衰亡期中被发现。相比之下，相对少量的垂死分立植物和/或相对少量的亲本-子代对(其中所述亲本(较大植物)作为垂死植物1620被检测)的检测可指示具有分立植物1630的正常衰老率的健康培养物。在这种情况下，服务器384可确定所述培养物在稳定期中被发现。
图17A-C说明根据使用中的系统300的一示例性实施方案培养物从延滞期1260转变至指数期1265。图17A示出在延滞期1260开始时各种水生植物细胞根据其发育的分布。在延滞期1260开始时，存在大量的分立植物1210并且不存在成熟亲本/子代植物1250。当所述培养物开始生长时，如图17B所示，分布改变。最后，如图17C所示，当所述培养物达到高生长期(指数期1265)时，成熟亲本/子代植物1250的数目最高。控制单元370可配置成使用水生植物的分布在各种发育阶段随时间推移的改变以监测并且控制所述水生植物培养物的生长条件。
例如，在持续标准生长条件下，所述培养物应处于指数期，从而以高速率产生生物量。控制单元370可持续地监测所述生长期以通过实时调节生长条件(例如光强度、温度、生长介质中的肥料要素、pH以及水循环)确保指数期。另外，可根据所述培养物的生长期，优选地仅在指数期中提供收集一部分所述培养物的要求。另外，在由于例如所要求的输出降低而减慢培养物生长速率的要求下，可例如通过光强度的降低来改变培养物生长条件，从而导致指数期朝向延滞期转变。控制单元370可监测这一转变以通过实时调节所述条件确保所需结果直至达到所需结果。在增加生物量产生速率的要求之后将发生相似控制。
图18示出通过成像系统390收集的示例性图像1800，其示出水生植物的受污染培养物的图像1800。在操作期间，所述培养物的图像1800可由服务器384从图像传感器374接收。图像1800可通过至少一种图像处理技术进行分析以识别例如所述水生植物的色素沉着、组织以及形态特点。在一些实施方案中，在所述培养物中识别具有不健康颜色的水生植物，例如水生植物1810。一般说来，所述不健康水生植物的颜色被定义为在针对特定培养物的健康方案的范围外的颜色。所述健康色素沉着方案可包括色调在绿色和黄色色标中的分布。相比之下，针对不健康水生植物的颜色的分布可在红色至棕色色标中。图像1800中的培养物含有正常水生植物，例如具有连接至幼小子代水生植物的小圆形形状的亲本水生植物的正常形状的水生植物1820(如上文关于图12A所述)和具有异常形态外观的水生植物(例如水生植物1810)。服务器384可因此在识别这些特征后确定图像1800中的培养物受到污染。
根据一实施方案生长水生生物的操作现将参考图19A-B描述，图19A-B示出一示例性和非限制性流程图1900。在1905中，水生生物起始材料通过输入单元320被插入至所述系统中，在所述输入单元中其准备进入生长单元330。在这一阶段，用户可能够使用相同系统或混合物种选择不同材料(植物物种)以满足不同营养或功能需要。在1910中，所述水生生物通过输入单元320成熟。在1915中，基于可由控制单元370用计数法读取的标准生理、化学和物理测量的阵列来检查所述水生生物的起始培养物的成熟是否令人满意，并且如果令人满意，那么继续执行1925；否则，继续执行1920。在1920中，成熟过程由控制单元370修改并且控制并且继续执行1915。在1925中，所述培养物在控制单元370的监督下持续地生长并且扩增。在1930中，检查所述生长的培养物是否满足由控制单元370测量的规定生理、化学和物理准则的阵列，并且如果满足，那么继续执行1935。否则，继续执行1945。在1935中，检查是否继续生长所述培养物并且如果生长，那么继续执行1930；否则，执行终止并且收集培养物。在1945中，检查是否继续生长所述培养物并且如果生长，那么继续执行1950；否则，执行终止。如果出现错误，那么控制单元370可产生状态警报报告，其通报技术支援小组可继续手动操作所述生长操作。如果所述技术支援小组或不同用户要求所述生长操作的终止，那么控制单元370可弃去所述培养物，同时经由收集和输出过程继续输出其它已经完全成熟的培养物。或者，在用户要求终止后，用户可经由排出阀手动弃去所述培养物。
在1950中，基于规定准则检查是否需要新的起始物并且如果需要，那么继续执行1905；否则，继续执行1955，其中生长条件被修改并且接着继续执行1930。
根据一实施方案递送可消耗物质的输出物至用户的操作现将参考图20A-B描述，图20A-B示出一示例性和非限制性流程图2000。在2010中，经由控制单元370要求输出物。在2020中，收集一部分所述培养物。在2030中，检查是否需要修改所述培养物并且如果需要，那么继续执行2040；否则，继续执行2050。在2040中，所述培养物被修改(例如在修改单元652中)为如食品或有效美容物质的可消耗物质以满足预期用户偏好。在2050中，检查是否需要定制所述培养物并且如果需要，那么继续执行2060；否则，继续执行2070。在2060中，根据经由控制单元370(例如经由显示器376和/或用户接口377)传达的用户偏好定制(例如在定制单元654中)所述培养物。在2070中，可消耗物质通过所述一个或多个输出单元(例如输出单元360)递送。在2080中，检查是否存在一额外输出要求并且如果存在，那么继续执行2010；否则，执行终止。
如图19A-B所述的生长所述水生生物的操作和如图20A-B所述的递送可消耗物质的输出物的操作可整体或部分地整合。此外，在一些实施方案中，可提供自含式制造装置，其能够提供多个用于自动地提供起始材料至产品物质的控制生长的阶段。
虽然图19A-20B中的操作已经关于具有服务器和数据库的网络进行描述，但应了解控制单元370可能含有所有必要组件以在不存在网络时执行图19A-20B中的操作。在所述实施方案中，生物反应器310可包括经过调适以在不存在网络时操作的独立单元。
基于至少一种图像处理技术控制生物反应器310的操作现将参考图21描述，图21示出一示例性和非限制性流程图2100。在步骤2110中，控制单元370从至少一个图像传感器374接收至少一个图像。控制单元370接着在2120中基于与所述水生植物有关的至少一种参数执行图像处理技术以确定与所述水生植物有关的至少一种特征。所述至少一种参数可为但不限于所述水生植物的表面积、所述水生植物的密度、由所述水生植物吸收的光的量、从所述水生植物的表面反射的光的波长、透射通过所述水生植物的光的波长以及在所述反射或透射光中所述波长的分布。并且所述至少一种特征可包括但不限于水生植物的形状、水生植物的大小、水生植物的色素(颜色)、水生植物的纹理或水生植物的透明度。
在步骤2130中，控制单元370基于所述确定的特征确定所述培养物的至少一种状态。在2130中，所述确定的状态可为但不限于健康培养物、受污染培养物、死培养物、垂死培养物、生物量密度、死亡率、培养物的生长期、选择性养分属性、培养物的生长速率和培养物的活力。在步骤2140中，控制单元370基于由所述图像处理技术确定的所述水生植物的至少一种特征和/或状态控制所述生物反应器的操作。
在一些实施方案中，控制单元370可配置成调节至少一种生长条件。所述至少一种生长条件可包括但不限于光级、光谱、光间隔、温度、肥料要素含量、水含量、蒸气压、湿度、pH、离子浓度、氧浓度、CO2含量、培养物密度、气流、生长溶液流量以及培养物流量。在一些实施方案中，控制单元370可配置成基于所述至少一种特征和/或状态控制至少一个阀622、632、642、656、658或662。在一些实施方案中，控制单元370可配置成基于所述至少一种特征和/或状态控制对于具体修改或定制工艺的至少一个要求。在一些实施方案中，控制单元370可配置成基于所述至少一种特征和/或状态控制对于至少一次输入的要求。在一些实施方案中，控制单元370可配置成基于所述至少一种特征和/或状态控制至少一种系统-错误状态。
根据一实施方案基于从传感器372和图像传感器374收集的数据分析并且修改生物反应器310内的培养条件的操作现将参考图22描述，图22说明一示例性和非限制性流程图2200。在步骤2210中，控制单元370从传感器372和图像传感器374收集数据。控制单元370可基于在步骤2240中确定的生物反应器310的操作状态调节针对传感器372和图像传感器374的设定和收集准则。从传感器372收集的数据可包括例如光级、温度、肥料含量、水含量、蒸气压、湿度、pH、离子浓度、氧浓度、CO2含量、培养物密度、培养物流量以及其它合适的培养物数据。可包括例如一个或多个照相机的图像传感器374可收集水生植物培养物的持续和实时图像。在步骤2220中，控制单元370执行图像处理技术以确定所述水生植物培养物的至少一种特征。所述至少一种特征可包括例如水生植物的形状、水生植物的大小、水生植物的色素(颜色)、水生植物的纹理或水生植物的透明度。例如，在一些实施方案中，在步骤2220中，控制单元370可确定如上文参考图11所述的水生植物培养物的活力。此外，如上文参考例如图9和10所述，控制单元370也可确定所述水生植物培养物的生长速率和/或所述培养物中是否存在污染。
在步骤2230中，控制单元接收在步骤2240中提供的生物反应器的设定操作状态并且比较所述设定操作状态与在步骤2230中确定的特征。例如，控制单元370可配置成确定培养物目前在哪个生长阶段(例如再播种、冬眠、收集)并且比较所述阶段与在步骤2230中确定的所述水生植物培养物的特征。在步骤2250中，基于在步骤2220中确定的操作状态和特征，控制单元370确定生物反应器310内的生长条件是否需要改变并且输出在步骤2260中调节生长条件所需的行动或方案。例如，控制单元370可配置成调节生物反应器310内的光级、温度、肥料、水含量、通风(湿度和CO2含量)、培养物密度和培养物流量。在其存在的一些实施方案中，控制单元370可配置成基于所收集和分析的数据操作阀622、632、642、656、658以及662。例如，使用来自传感器372和374的数据，控制单元370可配置成在水生植物培养物已经在生长单元330中达到稳定期1270之后移动所述培养物至收集单元340。此外，使用来自传感器372和374的数据，控制单元370可配置成优化生物反应器310内的生长条件，由此确保水生植物的高产率，同时维持和保护其食品级质量。如果控制单元370确定培养物的生长条件已经优化，那么控制单元370可配置成不采取行动。另外，基于对在步骤2260中安排的生长条件进行的调节，控制单元370可在步骤2270中调节数据收集设定(即，针对成像系统390的图像收集设定)。
根据一个实施方案在步骤2220至2260中使用示例性图像处理技术确定水生植物培养物的特征并且调节生物反应器310内的生长条件的操作现将参考图23A、23B和24描述。
如图24中所说明，控制单元370可配置成分析与水生植物培养物内的分立水生植物的特征(例如形状、颜色、组织、透明度、大小)有关的一种或多种参数。控制单元370可配置成指导成像系统390拍摄同一水生培养物的多个图像并且对每个图像评分(流入，如图25A-B中讨论的四个图像)。基于所述水生植物培养物内的分立水生植物的特征，对所述水生植物培养物的每个图像评分(即分数1至分数n)。作为一非限制性实例，示出大量的分立健康绿色植物的图像可被给出高颜色分数，而示出大量的不健康分立亮黄色植物的图像可被给出低颜色分数。控制单元370可分析对所述培养物拍摄的各图像内的多种分立植物以确定针对各特征的分数。例如，控制单元370可如下文参考图25A-B所论述通过求出对所述培养物拍摄的各图像(例如，4个图像)的形状分数的平均值来确定水生培养物的形状分数。基于针对所述水生植物培养物的每个图像的分数，控制单元370例如经由向量数学整合针对每个特征的具体分数并且确定所述培养物的状态(例如健康(在延滞期、指数期或稳定期中)、不健康、受胁迫、垂死、死或受污染)。
图24中的六边形图为针对不同状态下的培养物的典型分数的实例。例如，死培养物接收针对每个特征的低分数，并且因此显示具有位于图24中的六边形图的中心附近的点。相比之下，处于指数期中的培养物接收高分数并且显示具有位于所述六边形图的外部附近的点。在一些实施方案中，控制单元370可比较针对每个培养物的分数与在先收集的数据和/或六边形图以确定不同培养物的状态。
图23A和23B说明在对生物反应器310内的水生植物的培养物执行图像处理技术之后，控制单元370如何能够改变生物反应器310内的生长条件。两个图中的y轴表示水生植物培养物的相对健康性并且x轴表示时间(以天计)。在图23A和23B中，水生植物培养物在3种不同条件下(组1、2和3)饥饿持续6天。每隔24小时拍摄针对每组的两种培养物样品的图像，并且使用本文所述的图像处理技术(算法)进行分析。测量分立植物和/或所述培养物整体的选择性物理参数并且接着应用数学和统计方法以提供针对形状和色素沉着(颜色)特征的分类分数。如图23A和23B所示，针对形状和色素沉着(颜色)特征的分数反映了截至第6天从健康状态逐渐转变为严重不健康状态。在第6天后，允许控制单元370通过引起组2和3而非组1的培养基的物理改变(即，调节生长条件)来逆转饥饿条件，组1在其饥饿条件下保持为对照组。进一步每隔24小时拍摄每组的两种培养物样品的图像直至第10天，并且使用本文所述的图像处理技术(算法)进行分析。
分析结果披露了组2和3的培养物积极地响应于其生长条件的改变，证明逆转模式至健康状态。相比之下，组1的健康状态继续至衰退。为进行比较，也拍摄对照组的图像并且使用本文所述的图像处理技术(算法)进行分析。图23A和23B均说明控制单元370能够检测不健康培养物(例如受胁迫或垂死培养物)并且改变生物反应器310内的生长条件以便产生健康水生植物并且优化输出物。此外，图23A和23B均说明控制单元370能够针对相对健康水生植物优化生长条件。例如，如果控制单元370检测出水生植物培养物的颜色从主要为绿色转变为更多黄色，那么控制单元370可调节生物反应器内的生长条件以确保所述水生植物不是正在死去。
使用示例性图像处理技术来确定水生植物的培养物的形状分数的操作现将参考图25A和25B描述。首先，控制单元370指导成像系统拍摄三种不同培养物(培养物1、2和3)的四个图像。控制单元370可指导成像系统390针对每个培养物拍摄所需数目的图像。在一些实施方案中，成像系统390可拍摄水生植物培养物的少于四个图像。在一些实施方案中，成像系统390可拍摄水生植物培养物的多于四个图像。
在收集图像之后，控制单元370可在每个培养物所拍摄的每个图像内识别与多种分立水生植物的形状有关的至少一种参数。在一些实施方案中，分立水生植物的数目可为但不限于至少500株水生植物。基于与形状有关的至少一种所识别的参数，控制单元370可配置成确定每个培养物内具有相同形状(即，形状1210至1250)的水生植物的数目。图25B示出一示例性条线图，其示出培养物1、2和3中具有相同形状的水生植物的相对分布。图25B中的示例性图包括来自每个水生植物培养物所拍摄的所有四个图像的分立水生植物。
每条(S1至S5)表示针对具体形状的相对计数的数目。例如，针对培养物1的条S1表示所述培养物内具有对应于分立水生植物1210的形状的分立水生植物的相对数目。针对培养物内的每个形状(S1至Sn)的相对计数和针对培养物的形状变体数(Sn”)可表述如下：
每一培养物的具体形状(S1…Sn)的相对计数：
S1＝[S1(i1.1)…S1(in.n’)的平均值]
S2＝[S2(i1.1)…S2(in.n’)的平均值]
S3＝[S3(i1.1)…S3(in.n’)的平均值]
针对培养物的形状变体数(Sn”)：
Sn”＝[Sn”(i1.1)…Sn”(in.n’)的平均值]
其中：
“S”意指形状
“i”意指图像；
n为表示培养物取样数(例如1-2)的整数；
n’为表示针对每个培养物取样(例如，在样品搅拌之后)拍摄的图像的数目(例如1-2)的整数；并且
n”为表示形状变体数的整数。
以下矩阵说明用于在具体时间点对水生植物培养物拍摄的图像(i1.1、i1.2等)的示例性编号方案。
基于在对水生植物培养物拍摄的每个图像中针对每个形状的相对计数，控制单元370配置成对每个图像评分。如图25A所示，针对所拍摄的各图像(例如，四个图像)的分数可由控制单元370求出平均值以产生针对每个水生植物培养物1至3的最终形状分数。针对每个分立图像(i1.1、i1.2、i2.1、i2.2等)的形状分数可使用下式表述：
图像形状分数＝[aS1(XS1)+aS2(XS2)+aS3(XS3)+…aSn(XSn)]/(XS1+XS2+XS3+…XSn)
其中：
XS1…XSn＝规定形状(S1…Sn)的计数(X)
aS1…aS n＝每一形状(S1…Sn)规定的形状因数(a)
图25A示出针对所拍摄的每个图像的形状分数和针对三种培养物的平均形状分数，其中每个培养物取样两次并且每一样品拍摄两个图像(总共四个图像)。在图25A所示的实施例中，培养物3接收最低形状分数。针对培养物3的低形状分数源自存在于所述培养物内的大量分立水生植物1210(参看图25B)。培养物3中的大量分立植物可指示所述培养物处于延滞期或衰亡期中。相比之下，培养物2接收最高形状分数。如图25B所示，培养物2具有最高相对量的具有形状1240(具有具较小大小的早熟子代的亲本水生植物，彼此连接)和1250(具有具相似大小的成熟子代的亲本水生植物，彼此连接)的植物。这可指示培养物2处于指数期中。虽然图25A示出来自取样两次并且每一样品两个图像的培养物的结果，但培养物可取样多次并且每个取样可包括多个图像。
应注意，低形状分数不必要意指培养物为垂死、死、受受胁迫等。如图24所示，处于延滞期中的培养物不接收异常高的形状分数。因而，控制单元370可配置成对培养物的每个特征评分，接着其确定培养物的状态并且相应地调节生长条件。控制单元370可配置成以类似于如上文所述其对形状评分的方式的方式对每个水生植物培养物的其它特征(例如颜色、组织、透明度和大小)评分。在一些实施方案中，控制单元370可对水生植物培养物的每个特征评分并且比较所述分数与存储于数据库382中的基线或参考分数(例如在在先时间取得的分数)。与基线或参考分数的比较可允许控制单元370确定水生植物培养物的当前状态。
控制单元(例如控制单元370)和/或服务器(例如服务器384)可用于针对一个或多个生物反应器收集数据(例如来自传感器372的传感器数据或来自传感器374的图像数据)。这一数据可进行监测和/或处理(例如经由本文论述的图像处理技术)以控制一个或多个生物反应器的操作。在一些实施方案中，所述监测和/或处理的数据可用于调整用于一种或多种水生植物培养物的分布系统。所述分布系统可用于分布一种或多种水生植物培养物至全球个体(例如客户)。
图26示出根据一实施方案用于分布如水生植物培养物的水生生物的分布系统2600的示意图。分布系统2600可包括一个或多个源生物反应器2602和一个或多个使用点(POU)生物反应器2604。源生物反应器2602可包括本文论述的生物反应器系统300、600和/或650的一个或多个组件。在一些实施方案中，源生物反应器2602可包括生物反应器系统300和/或生物反应器系统600和650的所有组件。POU生物反应器2604也可包括生物反应器系统300、600和/或650的一个或多个组件。在一些实施方案中，POU生物反应器2604可包括生物反应器系统300和/或生物反应器系统600和650的所有组件。如图26所说明，源生物反应器2602和POU生物反应器2604经由网络与服务器2606连通。服务器2606可与服务器384相同或相似并且所述网络可与网络380相同或相似。并且服务器2606可配置成执行服务器384的一个或多个操作。
服务器2606可配置成处理由源生物反应器2602和POU生物反应器2604接收的信息并且使用所述信息来监测并且调整含有来自源生物反应器2602的水生植物培养物的筒2700至POU生物反应器2604的分布(下文详细论述)。服务器2606也可使用在网络中交换的信息来调节各种因素(例如在源生物反应器2602处的生长和/或收集条件)以便优化在源生物反应器2602和/或POU生物反应器2604中的水生植物培养物的生长。另外，服务器2606可使用所述信息来优化筒2700的分布(例如分布时间和分布方案)。关于可在服务器2606中交换的信息的类型的细节和服务器2606可响应于接收并且处理所述交换的信息所采取的行动在下文中更详细地论述。
图27示出根据一实施方案用于容纳水生植物培养物2710的筒2700。筒2700可用于将水生植物培养物2710从一个位置运输至另一位置(例如从源生物反应器2602至POU生物反应器2604)并且在运输期间保护水生植物培养物2710。筒2700可包括经由筒身2704耦接在一起的多个舱2702。筒2700可具有多个舱2702并且舱2702可为任何合适的大小或形状。每个舱2702可含有在保存介质2712或肥料储备溶液2716中的水生植物培养物2710。在一些实施方案中，筒2700中的超过一个舱2702可含有在保存介质2712中的水生植物培养物2710。在一些实施方案中，筒2700中的超过一个舱2702可含有对应于含于筒2700的不同舱2702中的水生植物培养物2710的肥料储备溶液2716。每个舱2702的开口2714可由密封件2706密封。在一些实施方案中，单一密封件2706可密封筒2700的所有舱2702。在一些实施方案中，分立舱2702可用分立密封件2706密封。
图28示出筒2700沿图27中的线28-28’的横截面。如图28所示，每个2702包括界定用于容纳保存介质2712中的水生植物培养物2710或用于容纳肥料储备溶液2716的内部体积2708的侧壁2703。在一些实施方案中，侧壁2703可包含防渗材料(即，不允许空气或水通过其的材料)。在一些实施方案中，所述防渗材料可为金属，如但不限于铝。在一些实施方案中，所述防渗材料可为食品级塑料，如但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。在一些实施方案中，侧壁2703可包含不透明材料(例如铝或不透明塑料)。在一些实施方案中，侧壁2703可包含涂布有不透明涂层(如但不限于油漆或层压材料)的非不透明材料。在一些实施方案中，侧壁2703可包含高强度材料，使得舱2702将在运输期间保持其形状。例如，所述高强度材料可抵抗在运输期间由于筒2700落下或重物被放置于筒2700上面所引起的变形。变形抗性可保护水生植物培养物2710免于经历由内部体积2708的减小所引起的高压并且降低侧壁2703在运输期间被刺破的可能性。
在一些实施方案中，侧壁2703的全部或一部分可包含透气材料，所述材料允许气体(例如氧气和二氧化碳)在水生植物培养物2710与围绕筒2700的环境之间的转移。在一些实施方案中，侧壁2703中仅界定容纳水生植物培养物2710的舱2702的部分可完全或部分地由透气材料构成。在一些实施方案中，所述透气材料可为硅酮。在包括透气侧壁材料的实施方案中，侧壁2703的全部或一部分可涂布有允许气体的转移而且保护筒2700免于损伤(例如擦伤、刺破或撞损)的材料。在一些实施方案中，侧壁2703可包括涂布有透气材料(例如硅酮)的结构层以允许气体在水生植物培养物2710与围绕筒2700的环境之间的转移。在所述实施方案中，所述结构层可包含多孔材料，如但不限于由食品级塑料制成的多孔材料。所述结构层可保护水生植物培养物2710，而所述透气材料允许气体的转移。
在一些实施方案中，侧壁2703的全部或一部分可包含非不透明并且透气材料。在一些实施方案中，侧壁2703中仅界定容纳水生植物培养物2710的舱2702的部分可完全或部分地由透气并且非不透明材料构成。在一些实施方案中，所述透气材料可为非不透明硅酮。在包括非不透明的透气侧壁材料的实施方案中，侧壁2703的全部或一部分可涂布有允许气体和光的转移而且保护筒2700免于损伤(例如擦伤、刺破或撞损)的材料。在一些实施方案中，侧壁2703可包括涂布有非不透明的透气材料(例如硅酮)的非不透明结构层以允许气体在水生植物培养物2710与围绕筒2700的环境之间的转移。在所述实施方案中，所述结构层可包含多孔材料，如但不限于由食品级塑料制成的多孔材料。所述结构材料可保护水生植物培养物2710，而所述透气材料允许气体的转移。
在一些实施方案中，侧壁2703和筒身2704为单一完整零件。换句话说，侧壁2703可在制造期间与筒身2704整体形成。在一些实施方案中，侧壁2703和筒身2704可为使用例如粘合剂或焊接附接的独立零件。在一些实施方案中，侧壁2703和筒身2704可由相同材料形成。在一些实施方案中，侧壁2703和筒身2704可由不同材料形成。在一些实施方案中，筒2700的外表面的全部或一部分可涂布有抗微生物涂层。
在一些实施方案中，密封件2706可包含防渗材料，如但不限于铝箔(具有或不具有聚合物膜层)、橡胶、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨基甲酸酯或聚碳酸酯。在一些实施方案中，密封件2706可由与筒身2704和/或舱2702相同的材料构成。密封件2706可与筒身2704的顶壁2705一起密封以防止光、空气和液体中的一个或多个通过舱2702的开口2714进入舱2702。在一些实施方案中，密封件2706可使用例如粘合剂、焊接或热封与顶壁2705一起密封。
在一些实施方案中，密封件2706的全部或一部分可包含非不透明和/或透气材料，所述材料允许气体(例如氧气和二氧化碳)在水生植物培养物2710与围绕筒2700的环境之间的转移。在一些实施方案中，密封件2706可由硅酮制成。在包括透气的密封件2706的实施方案中，密封件2706壁的全部或一部分可涂布有允许气体的转移而且保护密封件2706免于损伤(例如擦伤、刺破或撞损)的材料。
含于舱内的水生植物培养物2710可包括水生植物的任何物种，包括但不限于紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属以及芜萍属。水生植物培养物2710可在预定生命阶段密封于舱2702内。所述预定生命阶段可为如下文参考图29论述的夏天、春天、秋天或冬天生命阶段。
保存介质2712可为液体或凝胶。在一些实施方案中，所述凝胶可为基于琼脂的凝胶。在一些实施方案中，保存介质2712可包括溶解碳。所述溶解碳可为但不限于糖，如葡萄糖、蔗糖、果糖和其组合。在所述实施方案中，保存介质2712中的溶解碳在分布期间向水生植物培养物2710提供养分。当含于舱2702中时，水生植物培养物2710消耗所述溶解碳以产生在筒2700的分布期间在筒2700中存活所需的能量。在其中围绕水生植物培养物2710的侧壁2703由防渗和/或不透明材料制成的实施方案中，水生植物培养物2710将需要溶解碳来存活，因为侧壁2703的材料将防止光合作用(所述水生植物培养物的自然能量产生过程)。
水生植物培养物2710将在舱2702内部消耗氧气并且产生二氧化碳，同时将保存介质2712中的溶解碳转化为能量。与仅由防渗材料构成的舱2702相比，容纳于整体或部分地由透气材料制成的舱2702中的水生植物培养物可允许所述水生植物培养物在筒2700中存活更长久。所述透气材料将允许舱2702内的二氧化碳由来自围绕筒2700的环境的氧气替换，由此防止舱2702内对所述水生植物培养物有害的厌氧条件。
在一些实施方案中，保存介质2712可不包括溶解碳。在所述实施方案中，围绕水生植物培养物2710的侧壁2703的全部或一部分可由非不透明并且透气材料制成。在所述实施方案中，所述非不透明的透气材料将通过允许水生植物培养物2710从围绕筒2700的环境接收光和二氧化碳而允许光合作用发生。所述透气材料还将允许在光合作用期间产生的氧气逸出筒2700。当水生植物培养物2710在筒2700内时允许光合作用发生可允许水生植物培养物2710在筒2700的分布期间缓慢地成熟，而非仅向水生植物培养物2710提供养分(即，溶解碳)来使其保持活着。水生植物培养物2710在分布期间缓慢成熟可在水生植物培养物2710被生物反应器(例如，POU生物反应器2604)接收时促进期快速恢复和生长。在一些实施方案中，水生植物培养物2710可在筒2700的舱2702内缓慢地成熟持续2-3周。但时间可延长，视温度而定。降低所述水生植物培养物的温度将降低所述水生植物培养物的成熟速率，因此降低存活所需的能量。在一些实施方案中，保存介质2712可包括溶解碳并且围绕水生植物培养物2710的侧壁2703的全部或一部分可由非不透明并且透气材料制成。
在一些实施方案中，筒2700可用于水生植物培养物的长期存储。例如，处于冬天期中中的水生植物培养物可在低温(例如2℃-8℃)下存储至少3个月。所述低温通过减少所述水生植物培养物的成熟和发育来促进长期存储，由此减少存活所需的能量。换句话说，所述低温可使所述水生植物培养物在一段延长的时期内保持处于休眠的冬天阶段。由上文关于舱2702所论述的防渗、透气和/或非不透明材料制成的舱可用于在一段延长的时期内容纳水生植物培养物。并且在长期存储期间，所述水生植物培养物可通过将保存介质中的溶解碳转化为能量和/或经由光合作用存活。在一些实施方案中，水生植物培养物的长期存储充当能够被引入至用于成熟、生长和收集的生物反应器中的有活力水生植物培养物的生物样本库。
含于一个或多个舱2702中的肥料储备溶液2716可包括一种或多种常量元素或微量元素，包括但不限于氮、磷、铁、钾、硫、钙、镁、锌、含有这些元素中的至少一个的化合物以及其组合。肥料储备溶液2716可以任何合适形式包装于舱2702中。在一些实施方案中，肥料储备溶液2716可为液体或半固体。在一些实施方案中，肥料储备溶液2716可为固体，如但不限于粉末或颗粒状固体。在一些实施方案中，肥料储备溶液2716可为针对水生植物培养物2710的具体物种设计的肥料要素的具体混合物。在一些实施方案中，肥料储备溶液2716可为经过检验的有机肥料溶液。在一些实施方案中，筒2700的不同舱2702含有不同类型的肥料储备溶液2716，所述肥料储备溶液根据用于优化针对水生植物培养物2710的生长条件的方案被POU生物反应器2604提取并且加以利用。所述肥料储备溶液方案可为与肥料储备溶液2716的类型和量以及针对POU生物反应器2604内的肥料储备溶液2716剂量的时间安排有关的说明书。在一些实施方案中，所述方案可包括于与筒2700缔合的识别标签2720(参看图27)上的筒识别信息中。
在一些实施方案中，筒2700可仅包括肥料储备溶液2716，所述肥料储备溶液可转移至与生物反应器系统缔合的储备肥料容器中。在所述实施方案中，肥料介质可在来自所述储备肥料溶液容器的系统中(例如，通过混合所述肥料介质的组分)制备并且转移至生物反应器系统(例如孵育-生长室321)内的位置。与生物反应器系统缔合的控制单元(例如，控制单元2612或控制单元2614)可控制所述肥料介质的制备和转移。
在一些实施方案中，一个或多个舱2702可含有其它物质，包括但不限于清洁剂和添加剂。清洁剂可提供用于清洁POU生物反应器2604。在一些实施方案中，筒2700可仅含有用于清洁POU生物反应器2604的清洁剂。针对所述清洁剂的清洁过程和利用的说明书可提供于识别标签2720上并且由控制单元2614执行。与所述添加剂(例如剂量的量和时间安排)有关的说明书也可提供于识别标签2720上并且由控制单元2614执行。
筒2700可包括一个或多个识别标签2720，其中筒识别信息位于其上。识别标签2720可为但不限于条形码、射频识别(RFID)芯片以及快速反应(QR)码。识别标签2720可位于筒2700上的任何位置处。在一些实施方案中，识别标签2720可位于侧壁2703的外表面或内表面上。在一些实施方案中，识别标签2720可位于筒身2704或密封件2706上。识别标签2720可包括与筒2700有关的编码筒设别信息。在一些实施方案中，识别标签2720可另外或替代地包括非编码信息，如日期或描述符号。在一些实施方案中，识别标签2720可不位于筒2700上，但可独立地提供(例如，在连同筒2700分布的收据或信息小册子上)。
识别标签2720可包括与筒2700的以下方面中的一个或多个有关的筒识别信息(编码或非编码)：(i)一个或多个密封舱2702的内含物(例如，无论舱2702含有水生植物培养物2710抑或肥料储备溶液2716)，(ii)含于至少一个密封舱2702内的水生植物培养物2710的类型(例如物种)，(iii)含于至少一个密封舱2702内的肥料储备溶液2716的类型，(iv)舱2702进行密封的日期，(v)含于至少一个密封舱2702内的保存介质2712的类型，(vi)针对含于至少一个密封舱2702内的水生植物培养物2710的类型的最佳生长条件，(vii)其中舱2702进行密封的位置(例如，产生所述水生植物培养物的源生物反应器2602)，(viii)SKU(库存单位)数目，以及(ix)针对含于至少一个密封舱2702内的水生植物培养物2710的肥料储备溶液方案。
在一些实施方案中，识别标签2720包括编码信息，所述编码信息包括与筒2700的来源有关的鉴别信息。所述鉴别信息可用于指示筒2700是否为从批准实体发送的有效筒。换句话说，所述鉴别信息可用于防止使用可对POU生物反应器2604有害的伪造筒。缺乏适当鉴别信息的筒可指示所述筒为由非批准实体制造或分布的伪造筒，其可含有患病水生植物培养物和/或由不可接受材料(例如有害塑料)制得。患病水生植物培养物可污染整个POU生物反应器2604并且在所述POU生物反应器2604可重新投入使用之前需要昂贵的清洁和灭菌。并且由不可接受材料制得的筒2700可导致受污染水生植物培养物被引入至POU生物反应器2604中，其在所述POU生物反应器2604可重新投入使用之前也将需要昂贵的清洁和灭菌。如果筒2700缺乏适当鉴别信息，那么POU生物反应器2604的控制单元2614可弃去(或丢弃)所述筒2700。
位于识别标签2720上的筒识别信息的每个条目可由分布系统2600内的POU生物反应器2604和服务器2606的至少一控制单元2614利用。控制单元2614可配置成基于所述筒识别信息控制POU生物反应器2604的操作。服务器2606可配置成使用所述筒识别信息追踪并且调整筒2700的分布和/或控制POU生物反应器2604的操作。
如图27和28所示，筒2700可包括一个或多个筒传感器2722。筒传感器2722可检测与筒2700和/或围绕筒2700的环境有关的物理或化学条件。在一些实施方案中，一个或多个筒传感器2722位于一个或多个舱2702内(例如，在如图28所示的侧壁2703的内表面上)用于检测舱2702内的条件。在一些实施方案中，一个或多个筒传感器2722可位于筒2700的外表面上。例如，在侧壁2703的外表面上(参看例如图27)或在密封件2706上。筒传感器2722可为光学或电传感器。筒传感器2722可为但不限于温度传感器、压力传感器、氧传感器、光传感器以及pH传感器。筒传感器2722可在视觉上或用电子学方法指示可对含于筒2700内的水生植物培养物2710有害的物理或化学条件。
例如，温度传感器可指示在筒2700的分布期间是否已经达到临界最大或最小温度。所述临界最大温度可大于或等于28℃。所述临界最小温度小于或等于2℃。所述温度传感器可指示所述最大或最小临界温度已经例如通过改变颜色或通过用电子学方法存储其指示而达到。在一些实施方案中，温度传感器可指示所述最大或最小温度是否达到并且持续某一时间量。作为另一实例，位于舱2702内的氧传感器可指示在分布期间舱2702内的氧的增加，因此指示用于所述舱2702的密封件已经受损。所述氧传感器可在光学上或用电子学方法指示氧含量的改变。来自筒传感器2722的电或光信号可由位于POU生物反应器2604的输入单元中的读取器2618读取。如果筒传感器2722指示有害条件，那么POU生物反应器2604的控制单元2614可弃去(或丢弃)所述筒2700。
在一些实施方案中，筒传感器2722可配置成存储在筒2700的分布期间条件的改变。例如，温度筒传感器2722可记录在分布期间筒2700所经历的温度的日志。因而，筒传感器2722可产生在筒的分布行程中所经历的条件的日志。
如紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属以及芜萍属的水生植物培养物具有自然生命周期，所述自然生命周期具有四个自然生命阶段。图29中所描绘的这些自然生命阶段为夏天生命阶段、秋天生命阶段、冬天生命阶段以及春天生命阶段。实际上，水生植物培养物可在一年的过程中穿过这四个生命阶段。水生植物培养物在每个生命阶段期间以具体方式表现。并且水生植物培养物的不同物种可与其它物种不同地表现。
在“夏天生命阶段”或“无性繁殖阶段”中，水生植物培养物中的大量水生植物为“藻体(frond)”植物。藻体为浮动在水体(如池塘或湖)上面的叶状植物。当新的藻体子代植物的产生速率大致等于藻体亲本植物的死亡速率时(例如，当水生植物培养物已经达到系统内的最大密度时)，所述水生植物培养物可被视为处于夏天生命阶段中。所述夏天生命阶段为水生植物培养物的完全发育阶段。在这一阶段中，所述水生植物培养物可以相对恒定速率生长并且含有大量的养分，例如蛋白。藻体植物浮动在水体上面，以致其可吸收大量的太阳光用于光合作用。在夏天生命阶段期间大体积的浮动藻体植物允许所述水生植物培养物通过剥夺其它生物生长所需的光和氧气来支配水体内的其它生物。所述夏天生命阶段的持续时间将取决于围绕所述水生植物培养物的环境(例如生态传导，如太阳光的量、溶解养分以及水温)。
当生态条件许可时，所述水生植物培养物将从夏天生命阶段转变至“秋天生命阶段”。在秋天生命阶段中，所述藻体植物可转变为“鳞芽”。鳞芽为所述水生植物的休眠形式，其可称为“冬芽”、“越冬芽”或“真根”。当亲本藻体植物基于生态条件接收自然信号以产生鳞芽作为其下一子代植物时，所述培养物从藻体植物转变为鳞芽植物。在秋天阶段期间，产生鳞芽子代植物并且其可下沉，而藻体亲本植物将浮动直至其死亡。鳞芽植物以各种方式不同于藻体植物。例如，藻体植物中的蛋白由鳞芽中的淀粉替换。所述淀粉提供能量存储，其将使得鳞芽能够存活，转变回藻体，并且当环境条件改进时浮动。当新的藻体子代植物的产生速率小于鳞芽子代植物的产生速率时，水生植物培养物可被视为处于秋天生命阶段中。所述秋天生命阶段的持续时间将取决于围绕所述水生植物培养物的环境(例如生态传导，如太阳光的量、溶解养分以及水温)。另外，关于水生植物培养物的一些物种和/或一些地理区，所述夏天藻体将不会转变为下沉的鳞芽，但转变为将以具有极缓慢生长的形式保持浮体的鳞芽。
在“冬天生命阶段”中，水生植物培养物内的几乎所有植物均可为鳞芽并且保持休眠，通常处于水体的底部。冬天生命阶段的持续时间将取决于围绕所述水生植物培养物的环境(例如生态传导，如太阳光的量和水温)。一些水生植物培养物可不从鳞芽休眠形式转变，并且将在冬天生命阶段期间继续产生(然而以极低速率)新的子代藻体植物。
当生态条件许可时(例如，当白天变得更长(更多太阳光)并且温度上升时)，休眠的鳞芽植物将开始转变为藻体植物并且再浮动至水体的表面。从鳞芽植物转变为藻体植物被称为“早春生命阶段”。在“春天生命阶段”期间，当转变为藻体的植物开始以极高速率产生新的子代藻体植物时，存在大量的生长。当新的藻体子代植物的产生速率大于亲本藻体植物的死亡速率时，水生植物培养物可被视为处于春天生命阶段中。例如，水生植物培养物的春天生长速率可导致所述水生植物培养物的生物量每隔48小时加倍。新的藻体子代植物的这一高产生速率继续直至所述水生植物培养物达到夏天生命阶段。春天生命阶段的持续时间将取决于围绕所述水生植物培养物的环境(例如生态传导，如太阳光的量、溶解养分以及水温)。
实际上，水生植物的培养物典型地每年重复这一四个阶段生命周期。围绕所述水生植物培养物的生态条件(例如太阳光的量、溶解分子以及温度)可指定不同生命阶段之间的转变。在不同地理位置处水生植物的不同物种可具有不同生命周期模式和/或生命阶段持续时间。另外，水生植物培养物的行为可与其中生长所述水生植物培养物的地理区和气候条件高度有关。例如，在其中不存在极冷冬天的区域中，鳞芽可不下沉至水体的底部并且春天生命阶段可持续更长。
在生物反应器中，水生植物培养物的生态条件和因此生命阶段可通过生物模仿针对水生植物培养物的每个生命阶段的自然生态条件来加以控制。例如，控制单元(例如图3中的控制单元370)可控制一种或多种生态条件，因此控制水生植物培养物的生命阶段。这些生态条件可包括但不限于物理条件(如光和温度级以及时间安排、水流动速率、空气流量和压力以及生物动态浓度)和生长基质的化学条件(如潜在氢、离子浓度、肥料化合物、溶解CO2和空气组成)。因此，生物反应器可用于栽培处于具体并且预定生命阶段中的水生植物培养物。在一些实施方案中，生物反应器可用于栽培水生植物培养物通过不同后续生命阶段或完全生命周期。此外，生物反应器可用于收集处于具体并且预定生命阶段中的水生植物培养物。应注意，用于给定物种的自然生态条件可不同于其它物种。在一些实施方案中，生物反应器的控制单元可配置成基于正在所述生物反应器中生长的水生植物培养物的物种调节所述生物反应器内的生长条件。
现在返回图26中说明的用于分布水生植物培养物的分布系统2600。源生物反应器2602和具体说来源生物反应器2602的控制单元2612可配置成在一段延长的时期内(例如数年)生长大量的水生植物培养物。源生物反应器2602可配置成通过控制在源生物反应器102内生长的水生植物培养物的生态条件来允许所述水生植物培养物穿过每个生命阶段(即，夏天、秋天、冬天以及春天)。控制单元2612可与上文论述的控制单元370相同或相似。并且控制单元2612可配置成执行上文论述的控制单元370的一种或多种操作。控制单元2612可配置成发送与源生物反应器2602的操作有关的信息至服务器2606。与源生物反应器2602的操作有关的信息可为但不限于收集方案、由源生物反应器2602开始生长的水生植物培养物的物种、所述源生物反应器的操作状态(例如完全操作或不能使用)以及可用于收集的水生植物的体积。
与源生物反应器2602形成对比，POU生物反应器2604和具体说来POU生物反应器2604的控制单元2614可配置成生长相对小批量的处于具体生命阶段或生命阶段的具体组中的水生植物培养物。例如，POU生物反应器2604可配置成持续地模仿给定的水生植物培养物的春天条件以持续地生长处于春天生命阶段中的所述培养物。控制单元2614可与上文论述的控制单元370相同或相似。并且控制单元2614可配置成执行上文论述的控制单元370的一种或多种操作。POU生物反应器2604可设计用于商业或家庭使用。例如，POU生物反应器2604可设计用于家庭中的厨房或餐馆。作为另一实例，POU生物反应器2604可设计为用于餐馆、办公建筑或公共场所(例如商场或购物中心)的售货亭或自助式单元。在一些实施方案中，POU生物反应器2604可生长水生植物培养物通过所有四个生命阶段。
在一些实施方案中，当水生植物的养分含量高时，POU生物反应器2604不断地输出(经由例如输出单元360)处于春天生命阶段中的水生植物。由于水生植物培养物的春天生命阶段可能无法无限期地持续并且因为水生植物将在POU生物反应器2604处收集并且消耗，新的批量的水生植物培养物(例如密封于筒2700的舱2702中)需要定期供应至POU生物反应器2604以确保POU生物反应器2604具有准备用于收集的具有高养分含量的水生植物。在一些实施方案中，可每两周或每月向POU生物反应器2604供应新的水生植物培养物。
与源生物反应器2602和POU生物反应器2604连通的服务器2606可促进新的批量的水生植物培养物不断从源生物反应器2602供应至POU生物反应器2604。服务器2606可使用从源生物反应器2602和POU生物反应器2604收集的信息来监测所述生物反应器的操作。服务器2606也可使用位于与筒2700缔合的识别标签2720上的信息追踪含有密封于舱2702中的水生植物培养物2710的筒2700的分布。服务器2606可如下文详细论述使用从源生物反应器2602、POU生物反应器2604收集的信息和在与筒2700缔合的识别标签2720上的信息来追踪筒2700的分布并且调节分布系统2600内的一种或多种操作(例如装运日期、在源生物反应器2602中的生长条件、针对源生物反应器2602的收集日期/时间等)。服务器2606可追踪筒2700的分布并且调节分布系统2600内的一种或多种操作以确保每个POU生物反应器2604不断地以适时并且有效的方式接收密封于筒2700中的新的并且有活力的批量的水生植物培养物。
分布系统2600内的有活力的水生植物培养物的不断并且可靠供应可通过偏移在不同源生物反应器2602中生长的水生植物培养物的生命周期来实现。周期设定可通过刺激(或起始)所选择的生命阶段的植物发育至下一周期阶段植物来执行。例如，刺激夏天生命阶段或春天生命阶段藻体转变为冬天生命阶段植物或刺激冬天生命阶段植物转变为早春生命阶段植物。整个生命周期持续时间可为一年、不足一年或更长。并且源生物反应器2602之间的偏移可依赖于整个应用的生命周期的持续时间。所述生命周期可彼此偏移使得在任何给定的时间，处于具体生命阶段中的水生植物培养物可用于收集。例如，如果整个生命周期持续时间为一年并且分布系统2600含有四个源生物反应器2602，那么在不同源生物反应器2602的生长单元330内生长的水生植物培养物的生命周期可彼此偏移大致3个月。
表1说明在所述分布系统中针对所述四个源生物反应器2602中的每一个中的水生植物培养物的相应生命阶段。为简便起见，针对表1中的每个生命阶段的示例性时期为三个月。但是，所述时期可更短或更长，取决于在给定的分布系统内的每个源生物反应器2602中的生态条件和/或源生物反应器2602的数目。另外，每个生命阶段不必定持续相同时间量。例如，每个源生物反应器2602的冬天阶段可缩短(例如，经由改变每个源生物反应器2602内的生态/生长条件的控制单元370)至大致2-3周，而其它生命阶段的时间延长。这将导致更多的水生植物处于春天阶段中。并且在其中可需要收集并且包装处于春天阶段中的水生植物培养物的实施方案中，这将导致更多的水生植物准备用于在给定的时间进行收集。
| 夏天 | 秋天 | 冬天 | 春天 | |
| 源生物反应器#1 | 一月-三月 | 四月-六月 | 七月-九月 | 十月-十二月 |
| 源生物反应器#2 | 四月-六月 | 七月-九月 | 十月-十二月 | 一月-三月 |
| 源生物反应器#3 | 七月-九月 | 十月-十二月 | 一月-三月 | 四月-六月 |
| 源生物反应器#4 | 十月-十二月 | 一月-三月 | 四月-六月 | 七月-九月 |
表1：不同源生物反应器中的水生植物培养物的示例性生命阶段。春天生命阶段藻体可在十月-十二月期间从生物反应器1收集并且包装；在一月至三月期间从生物反应器2收集并且包装；在四月-六月期间从生物反应器3收集并且包装；并且在七月-九月期间从生物反应器4收集并且包装。
如表1所示，与在这一年中的哪个月无关，在每个生命阶段中的水生植物培养物可用于从所述四个源生物反应器2602之一进行收集。例如，如果可需要收集并且包装处于春天生命阶段中的水生植物培养物，那么源生物反应器#1可用于在十月至十二月进行收集，源生物反应器#2可用于在一月至三月进行收集，源生物反应器#3可用于在四月至六月进行收集，并且源生物反应器#4可用于在七月至九月进行收集。
源生物反应器2602的偏移和对每个生物反应器中的生命阶段的控制会促进计划和实施将水生植物培养物分布至各位置(例如，各POU生物反应器2604)。在一些实施方案中，服务器2606可接收与每个源生物反应器2602中的水生植物培养物的当前生命阶段有关的信息。服务器2606可使用这一信息来促进密封于管2700中的水生植物培养物的有效分布。
虽然多个源生物反应器2602已经被描述为已经偏移水生植物培养物的生长阶段，但单一源生物反应器2602可包括多个用于生长具有偏移生命阶段的水生植物培养物的生长单元(例如，生长单元330)。例如，源生物反应器2602可包括四个生长单元330，其中水生植物培养物如表1所述具有生命阶段偏移。在所述实施方案中，控制单元2612可控制每个生长单元330中的生态条件以控制每个生长单元330中的水生植物培养物的生命阶段。另外，虽然已经描述四个源生物反应器2602，但分布系统2600可包括多个用于生长具有一致或偏移的生命阶段的水生植物培养物的源生物反应器2602(具有多个生长单元330)。作为一非限制性实例，分布系统2600可包括12个源生物反应器2602，各自生长处于相对于其它生物反应器偏移一个月的生命阶段中的水生植物培养物(即，所述12种水生植物培养物的生命周期依序偏移一个月)。服务器2606可追踪每个源生物反应器2602和/或生长单元330中的水生植物的生命阶段并且可相应地调节所述生命阶段。
在一些实施方案中，在分布系统2600内的源生物反应器2602可生长水生植物培养物通过完整生命周期，期中每个培养物具有偏移的周期起始时间。在一些实施方案中，水生植物培养物的整个生命周期持续时间可为一年、不足一年或更长。在一些实施方案中，在分布系统2600内的不同水生植物培养物的生命周期可通过在不同时间起始具体生命周期而偏移。例如，周期起始步骤可通过刺激夏天生命阶段或春天生命阶段藻体转变为冬天生命阶段或通过刺激冬天生命阶段植物转变为春天生命阶段植物来执行。在源生物反应器2602之间偏移起始时间可依赖于整个应用的生命周期的持续时间以便确保在任何给定的时间，一个或多个源生物反应器2602产生适合收集并且包装的水生植物。周期起始可在服务器2606和/或控制单元2612的控制下执行。
作为一非限制性实例，分布系统2600可包括12个源生物反应器2602并且每个源生物反应器2602中的起始步骤可以隔开一个月的后续时间间隔执行。如果应用的整个生命周期的持续时间为一年，并且每个月(即，一月-十二月)需要收集并且包装早春生命阶段水生植物，那么起始步骤可通过在每个源生物反应器2602内隔开一个月的具体时间刺激冬天生命阶段植物转变为早春生命阶段藻体来执行。例如，第一源生物反应器2602可在一月起始，第二源生物反应器2602可在二月起始，第三源生物反应器可在三月起始，等。因此，在下一个一月，早春生命阶段藻体植物可从所述第一源生物反应器2602收集，在下一个二月，早春生命阶段藻体植物可从所述第二源生物反应器收集，等。
当水生植物培养物在源生物反应器2602中达到预定生命阶段时，可收集所述水生植物培养物，分成数份，并且包装用于分布。源生物反应器2602的输出单元(例如输出单元360)可输出一定量的水生植物培养物以包装至装运容器(例如至筒2700的舱2702)中。在一些实施方案中，源生物反应器2602的输出单元可包括灭菌单元(例如灭菌单元5600或5700)。
源生物反应器2602可配置成收集处于任何生命阶段的水生植物培养物并且可收集藻体或鳞芽植物。在一些实施方案中，如图26所示，源生物反应器2602可包括用于在筒2700上放置识别标签2720和/或筒传感器2722的标记单元2630。在一些实施方案中，标记单元2630可为与一个或多个源生物反应器2602连通的独立单元。控制单元2612可配置成控制标记单元2630或与标记单元2630的控制单元连通。控制单元2612可配置成在筒2700已经被标记之后发送位于识别标签2720上的筒识别信息至服务器2606。
其中水生植物培养物被收集并且包装的预定生命阶段可至少基于对所述水生植物培养物的需要和发送含有所述收集的水生植物培养物的筒2700至某一位置所需的分布时间。在一些实施方案中，水生植物培养物应在哪个生命阶段进行收集的确定是基于由服务器2606收集的信息来确定的。在一些实施方案中，服务器2606可控制或指导从一个或多个源生物反应器2602和/或生长单元330收集处于预定生命阶段的水生植物培养物。
作为一示例性实施方案，水生植物培养物可在春天生命阶段进行收集并且包装至舱2702中。当在春天生命阶段进行包装时，所述水生植物培养物可包装于舱2702中，所述舱2702经过设计以保存处于春天生命阶段并且在春天生命阶段内当包装至舱2702中时其所处的相同时间的水生植物培养物。换句话说，当在舱2702中时，所述春天生命阶段将被及时锁住并且所述水生植物培养物2710的特征将不会改变。因此，当所述水生植物培养物被POU生物反应器2604接收时，其将表现得如同其从未离开源生物反应器2602。在一些实施方案中，所述水生植物培养物可包装于经过设计以促进在分布期间处于春天生命阶段的水生植物培养物的缓慢成熟的舱2702中。
当由POU生物反应器2604接收时，所述水生植物培养物将在POU生物反应器2604的生长单元(例如生长单元330)中恢复(或继续)其春天生命阶段。因此，养分密集藻体植物将快速地生长并且变得可用于在POU生物反应器2604处收集和/或消耗。在一些实施方案中，处于春天生命阶段的水生植物培养物可在保存介质2712中适当地保存(或允许缓慢地成熟)持续1-2周。但是，其可更长。保存介质2712保存水生植物培养物(或促进缓慢成熟)的能力可依赖于用舱2702包装的保存介质的类型和量。
作为另一示例性实施方案，水生植物培养物可在冬天生命阶段进行收集并且包装至舱2702中。在一些实施方案中，当在冬天生命阶段进行包装时，所述水生植物培养物可包装于经过设计以保存处于冬天生命阶段的水生植物培养物的舱2702中。在一些实施方案中，所述水生植物培养物可包装于经过设计以促进所述水生植物培养物的缓慢成熟的舱2702中。因此，当所述水生植物培养物被POU生物反应器2604接收时，其将在POU生物反应器2604中恢复(或继续)其冬天生命阶段并且在适当时间转变为春天生命阶段(例如，在控制单元2614的控制下)。在一些实施方案中，处于冬天生命阶段的水生植物培养物可在保存介质2712中适当地保存(或允许缓慢地成熟)持续1-3周。包装的处于冬天生命阶段的水生植物培养物可相对于处于春天生命阶段的培养物存活更长，因为所述植物培养物处于自然休眠生命阶段。在冬天生命阶段，所述水生植物培养物可消耗较少养分，并且因此当与处于春天生命阶段的水生植物培养物相比时可能够在保存介质中存活一段延长的时期。处于冬天阶段的水生植物培养物的保存或缓慢成熟可比1-3周长。保存介质2712保存水生植物培养物(或促进缓慢成熟)的能力可依赖于用舱2702包装的保存介质的类型和量。
在一些实施方案中，水生植物培养物可在预定生命阶段期间的具体时间收集并且包装。例如，水生植物培养物可在其春天生命阶段的最初两周中收集并且包装。在这一时间收集并且包装的水生植物培养物将表现得如同当其被引入至POU生物反应器2604中时其刚刚进入春天生命阶段。这使得处于春天生命阶段，其快速地产生养分密集藻体植物，所述植物可快速地用于在POU生物反应器2604处的收集和/或消耗。作为另一实例，水生植物培养物可在其冬天生命阶段进行收集并且包装。在这一时间收集并且包装的水生植物培养物可花费一些时间在POU生物反应器2604中转变为春天生命阶段(当与在春天生命阶段收集的培养物相比时)，但其可在保存介质2712中存活更长。这可使所述培养物具有更长保存期和因此存储时间，并且使其分布于更长距离内。虽然上文已经论述具体收集和包装时间，但在源生物反应器2602内生长的水生植物培养物可在任何时间进行收集，视一种或多种因素而定。服务器2606可基于从源生物反应器2602和POU生物反应器2604接收的信息控制、监测并且调节在分布系统2600中的源生物反应器2602内生长的水生植物培养物的收集和包装时间。
在一些实施方案中，仅“季节性”水生植物培养物可收集并且包装用于分布。“季节性”水生植物培养物意指已经在生物反应器中通过整个生命周期成熟的水生植物的培养物(即，进展通过至少一个春天生命阶段、至少一个夏天生命阶段、至少一个秋天生命阶段以及至少一个冬天生命阶段)。例如，如果源生物反应器2602在2014年1月1日开始生长处于春天生命阶段的水生植物培养物，并且其花费一年使所述水生植物培养物进展通过所有四个生命阶段，那么所述水生植物培养物将从2015年1月1日起为“季节性”。因而，所述季节性水生植物培养物将最初可在2015年1月1日用于收集。作为另一实例，如果源生物反应器102在2014年4月1日开始生长处于冬天生命阶段的水生植物培养物，并且其花费一年使所述水生植物培养物进展通过所有四个生命阶段，那么所述水生植物培养物将从2015年4月1日起为“季节性”。如果产生分立植物的培养物被视为季节性的，那么所述水生植物培养物内的分立植物也被视为季节性的。例如，如果新的分立水生植物在已经生长三年(例如，通过三个春天、夏天、秋天和冬天阶段)的水生植物培养物内发育，那么所述新的分立水生植物被视为“季节性”，因为其由“季节性”水生植物培养物产生。
收集季节性水生植物培养物可有助于确保质量控制。水生植物培养物的活力和持续性可针对季节性水生植物培养物较高，因为其已经显示其在至少一个生命周期持续有活力的能力。此外，季节性水生植物培养物可通过在其第一个生命周期内控制源生物反应器2602内所述水生植物培养物的生长条件来优化(例如，用于POU生物反应器2604中的装运或生长)。此外，季节性水生植物培养物中将不太可能存在任何污染和/或不健康植物。污染可在其第一个生命周期期间从所述培养物识别并且去除，并且不健康植物可在其第一个生命周期期间被照料为健康的或从所述培养物去除(例如，在控制单元2612的控制下)。此外，收集季节性水生植物培养物可有助于同步生物反应器的偏移以确保待包装的有活力的水生植物培养物的不断并且可靠供应。
当水生植物培养物的一部分被收集并且包装于筒2700的舱2702中时，一种或多种肥料储备溶液2716可被包装于筒2700的其它舱2702中。肥料储备溶液2716的类型可基于水生植物培养物2710的物种进行选择。在一些实施方案中，不同类型的肥料储备溶液2716可被包装于筒2700的不同舱2702中。与包装于一个或多个舱2702内的肥料储备溶液2716的类型和量有关的信息可包括于位于与筒2700缔合的识别标签2720上的信息中。POU生物反应器2604的控制单元2614可使用这一信息适当地在所述水生植物培养物被POU生物反应器2604接收时对所述水生植物培养物施肥。
识别标签2720也可包括涉及与水生植物培养物2710一起包装于舱2702内的保存介质2712的类型和/或量的信息。在一些实施方案中，筒2700的多个舱2702可含有独立水生植物培养物2710，所述水生植物培养物可为相同或不同物种。一旦适当水生植物培养物2710、保存介质2712以及肥料储备溶液2716被包装于筒2700内，筒2700可用识别标签2720标记。
如图26所描绘，一旦适当水生植物培养物2710、保存介质2712以及肥料储备溶液2716被包装于筒2700内并且筒2700用识别标签2720标记，筒2700可分布至具体位置和/或具体POU生物反应器2604。分立筒2700的分布可依赖于至少一种以下因素：(1)对水生植物培养物的需要，(2)发送所述筒至位置所需的分布时间，以及(3)包装于筒2700内的水生植物培养物的部分的预定生命阶段。服务器2606可配置成基于至少以上因素分布筒2700至具体位置和/或具体POU生物反应器2604。在一些实施方案中，服务器2606可配置成基于至少以上因素自动地分布筒2700至具体位置和/或具体POU生物反应器2604。
在达到其目的地之后，筒2700可放置于POU生物反应器2604的输入单元(例如输入单元320)中。一旦被输入单元320接收，POU生物反应器2604和具体说来POU生物反应器2604的控制单元2614可执行针对筒2700和其中所含的水生植物培养物的初始化过程。所述初始化过程可包括以下步骤中的一个或多个：读取识别标签2720、记录当筒2700由POU生物反应器2604接收时的时间标记、读取筒传感器2722、拍摄含于舱2702中的水生植物培养物的图像、发送所述水生植物培养物至孵育单元(例如孵育-生长室321)、拍摄所述孵育单元中的水生植物培养物的图像以及对所收集的图像执行图像处理技术以确定所述水生植物培养物的至少一种特征。
控制单元2614可包括配置成读取识别标签2720上的编码信息的扫描器2616。扫描器2616可为但不限于条形码扫描器、RFID传感器以及QR码扫描器。扫描器2616可位于POU生物反应器2604的输入单元内和/或可从POU生物反应器2604的外部接近，使得用户可手动操作扫描器2616。控制单元2614可配置成接收、处理和/或存储在所述初始化过程期间收集的所有信息。控制单元2614可进一步配置成发送在所述初始化过程期间收集的信息至服务器2606。
图30A和30B示出根据一实施方案的初始化过程3000。在步骤3010中，筒2700被接收于POU生物反应器2604的输入单元(例如输入单元320)中。当筒2700被接收时，控制单元2614可记录当筒2700在步骤3012中被接收时的时间标记。在一些实施方案中，POU生物反应器2604的输入单元也可包括用于对所述输入单元中接收的筒2700灭菌的灭菌室。所述灭菌室可使用任何合适的灭菌工艺，包括但不限于UV照射方法、臭氧(O3)灭菌/消毒方法等对筒2700灭菌。
在步骤3012中记录所述时间标记之后，与筒2700缔合的筒传感器2722在步骤3014中由控制单元2614读取。控制单元2614可包括配置成读取筒传感器2722的读取器2618。读取器2618可为但不限于光学传感器(例如，用于读取筒传感器2722上的颜色指示剂)、RFID传感器(例如，用于从筒传感器2722的RFID芯片读取信息)、电传感器(例如，用于接触并且读取存储于筒传感器2722上的电信息)等。在步骤3016中，控制单元2614确定从筒传感器2722获得的信息是否指示筒2700的问题(即，从筒传感器获得的信息是否通过)。例如，如果温度筒传感器2722指示筒2700已经历过量热，那么控制单元2614可确定筒2700有问题。如果一个或多个筒传感器2722显示筒2700的问题，那么控制单元2614可在步骤3018中弃去(或丢弃)筒2700并且在步骤3020中向服务器2606警告筒2700的问题。如果筒2700在步骤3018中被弃去或丢弃，那么控制单元2614可终止所述初始化过程并且等待新的筒2700被插入至POU生物反应器2604的输入单元中。
如果控制单元2614确定在步骤3016中从筒传感器2722获得的信息通过，那么控制单元2614可配置成在步骤3022中使用扫描器2616从与筒2700缔合的识别标签2720读取并且收集筒识别信息。在其中识别标签2720未位于筒2700上的实施方案中，控制单元2614可向用户发送信号(例如经由显示器376)以使用扫描器2616扫描识别标签2720。另外，用户可使用用户接口377输入筒识别信息。在从识别标签2720读取并且收集筒识别信息之后，控制单元2614可配置成在步骤3024中存储所述信息(例如在存储器378中)和/或发送所述筒识别信息中的至少一些至服务器2606。控制单元2614也可在步骤3024中发送当筒2700被接收于输入单元中时的时间标记至服务器2606。一旦由服务器2606接收，服务器2606可配置成存储所述信息(例如在存储器388中)和/或处理所述信息(例如使用处理器386)。
在步骤3024中发送所述信息之后，控制单元2614可等待服务器2606用指示安全地继续进行所述初始化过程的消息或用无法安全地继续的警告响应。如果接收到警告，那么控制单元2614可在步骤3028中弃去(或丢弃)筒2700并且向服务器2606警告筒2700在步骤3030中被弃去。如果筒2700在步骤3028中被弃去或丢弃，那么控制单元2614可终止所述初始化过程并且等待新的筒2700被插入至POU生物反应器2604的输入单元中。如果在步骤3026中接收到指示安全地继续的消息，那么初始化过程可继续进行至步骤3032。在一些实施方案中，控制单元2614本身可确定是否在步骤3026中弃去筒2700，但不管怎样，控制单元2614可在步骤3024中发送所述筒识别信息和时间标记至服务器2606并且在步骤3030中发送弃去警告至服务器。
步骤3016和3026将丢弃有问题的筒2700(例如，基于从识别标签2720和筒传感器2722接收的信息可受污染或可能不具有有活力的水生植物培养物的筒)。这些步骤可用于保护POU生物反应器2604免于处理潜在地受污染或非有活力的水生植物培养物，否则在POU生物反应器2604可重新投入使用之前可需要昂贵的清洁和灭菌。换句话说，步骤3016和3026用作筒2700的初始筛选过程并且确保仅含有安全并且健康的水生植物培养物的筒2700被打开并且提取至POU生物反应器2604的输入单元中。
在步骤3032中，提取器322可接近筒2700的一个或多个舱2702并且控制单元2614可使含于一个或多个舱2702中的水生植物培养物2710成像。响应于接收图像，控制单元2614可配置成通过对所接收的每个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物的特征有关的多种参数中的至少一种参数。并且，控制单元2614又可确定水生植物培养物2710的一种或多种特征。所述多种特征可包括但不限于形态特点(即形状、大小)、颜色特点(一种或多种水生植物的色素)、水生植物的纹理、水生植物的透明水平等。在一些实施方案中，控制单元2614可识别所述特征并且使用本文论述的图像处理技术。在一些实施方案中，控制单元2614可发送所述收集的图像至服务器2606并且服务器2606可配置成通过对所接收的每个图像采用至少一种图像处理技术来识别水生植物培养物2710的至少一种参数并且确定一种或多种特征。
在步骤3034中，控制单元2614(或服务器2606)确定水生植物培养物2710是否有活力(即，健康并且不受污染)。如果水生植物培养物2710不具有活力，那么控制单元2614可在步骤3036中弃去筒2700并且在步骤3038中发送弃去警告至服务器2606，向服务器2606告知筒2700已经被弃去。如果筒2700在步骤3038中被弃去，那么控制单元2614可终止所述初始化过程并且等待新的筒2700被插入至POU生物反应器2604的输入单元中。
如果水生植物培养物2710在步骤3034中被视为有活力，那么水生植物培养物2710可在步骤3040中被转移至POU生物反应器2604的孵育-生长室(例如，孵育-生长室321)中。控制单元2614可配置成操作提取器322以从舱2702转移水生植物培养物2710至孵育-生长室321。一旦水生植物培养物2710被接收于孵育-生长室321中，水生植物培养物2710可在控制单元2614的监督下成熟。当水生植物培养物2710在孵育-生长室321中时，控制单元2614可配置成用含于筒2700的舱2702中的肥料或肥料储备溶液2716对水生植物培养物2710施肥。控制单元2614可配置成使用从识别标签2720读取的筒识别信息来确定使用的肥料的量和/或类型。控制单元2614也可配置成操作提取器322以从舱2702取回正确类型和/或量的肥料或肥料储备溶液2716。在一些实施方案中，控制单元2614可配置成从与POU生物反应器2604缔合的肥料储备溶液容器取回正确类型和/或量的肥料储备溶液2716并且可配置成使用肥料储备溶液2716制备肥料介质。
在预定时间量(例如，约24小时)之后，控制单元2614可使孵育-生长室321中的水生植物培养物2710成像并且通过对所接收的每个图像采用至少一种图像处理技术来识别与所述水生植物的特征有关的多种参数中的至少一种参数。并且，控制单元2614又可确定水生植物培养物2710的一种或多种特征。在一些实施方案中，控制单元2614可发送所述收集的图像至服务器2606并且服务器2606可配置成通过对所接收的每个图像采用至少一种图像处理技术来识别水生植物培养物2710的至少一种参数并且确定一种或多种特征。
在步骤3046中，控制单元2614(或服务器2606)确定水生植物培养物2710是否有活力(即，健康并且不受污染)。如果水生植物培养物2710不具有活力，那么控制单元2614可试图通过改变孵育-生长室321中的生长条件并且允许水生植物培养物2710继续生长来使水生植物培养物2710复活。如果水生植物培养物2710不具有活力，那么在所述生长条件改变之前或之后，控制单元2614可在步骤3048中弃去筒2700并且在步骤3050中发送弃去警告至服务器2606，向服务器2606告知筒2700已经被弃去。如果筒2700在步骤3048中被弃去，那么控制单元2614可终止所述初始化过程并且等待新的筒2700被插入至POU生物反应器2604的输入单元中。
如果水生植物培养物2710在步骤3046中被视为有活力，那么水生植物培养物2710可在步骤3052中在控制单元2614的控制下被转移至POU生物反应器2604的生长单元(例如，生长单元330)中。控制单元2614也可配置成在步骤3054中向服务器2606发送确认警告，向服务器2606告知水生植物培养物2710已经成功地被接收、孵育并且传递至生长单元330中。
一旦在生长单元330中，水生植物培养物2710可在控制单元2614的控制下继续生长并且将最终被收集(例如，通过收集单元340)。控制单元2614可配置成在水生植物培养物2710被转移至生长单元330中之后，用含于筒2700的舱2702中的肥料储备溶液2716对水生植物培养物2710施肥。并且控制单元2614可配置成使用从识别标签2720读取的筒识别信息来确定使用的肥料的量和/或类型。如果其它水生植物培养物已经存在于生长单元330中，那么水生植物培养物2710将用于补充生长单元330内水生植物的供应，并且因此提供用于在POU生物反应器2604处收集的有活力的水生植物的不断供应。换句话说，水生植物培养物2710在已经存在的水生植物培养物旁开始生长并且变为同一培养物的一部分。在一些实施方案中，在POU生物反应器2604中的水生植物在对应于其被引入至POU生物反应器2604中的时间的时间处进行收集。换句话说，POU生物反应器2604可配置成始终收集最老的水生植物(即，先进先出收集)。
控制单元2614也可配置成监测在所述初始化过程之后在生长单元330内水生植物培养物的生长。例如，控制单元2614可继续发送一个或多个图像至服务器2606或确定所述水生植物培养物的一种或多种特征和/或状态并且发送所述信息至服务器2606。在一些实施方案中，控制单元2614可配置成不断地(例如，一天一次或一周一次)发送与生长单元330内的生长有关的信息至服务器2606。在一些实施方案中，控制单元2614可配置成持续地实时发送这一信息至服务器2606。
在从POU生物反应器2604接收信息之后，服务器2606又可配置成使用所述信息来调节分布系统2600内筒2700的分布。例如，如果确定具体POU生物反应器2604中的水生植物培养物正在缓慢地生长，那么服务器2606可配置成发送额外筒2700至所述POU生物反应器2604以便补充所述POU生物反应器2604中水生植物的供应。作为另一实例，如果确定水生植物培养物在具体POU生物反应器2604内不断地死亡，那么服务器2606可指示所述POU生物反应器2604需要维护并且可停止发送筒2700至所述POU生物反应器2604。
服务器2606可配置成通过处理从POU生物反应器2604收集的信息(例如，筒识别信息、时间标记、弃去警告等)来追踪筒2700的分布。服务器2606也可配置成连同从POU生物反应器2604收集的信息存储并且处理从源生物反应器2602收集的信息(例如，收集方案、正在生长的物种等)。另外，服务器2606可配置成基于从源生物反应器2602和/或POU生物反应器2604收集的信息执行一种或多种行动。这些行动可调节分布系统2600内的一个或多个事件。
在一些实施方案中，如图26所示，分布系统2600可包括具有控制单元2622的中央处理单元2620。中央处理单元2620可包括显示器2624和用户接口2626。显示器2624和用户接口2626可与显示器376和用户接口377相同或相似。在一些实施方案中，中央处理单元2620可不为独立单元，而是可为分布系统2600中的一个源生物反应器2602的组件。换句话说，一个源生物反应器2602可为包括中央处理单元2620的管理生物反应器。中央处理单元2620可允许用户与服务器2606连通。例如，中央处理单元2620可允许用户向服务器2606发送命令并且检阅从服务器2606发送的消息。另外，中央处理单元2620可允许用户检阅由服务器2606从源生物反应器2602和POU生物反应器2604收集的所有信息。
服务器2606可配置成基于从源生物反应器2602和/或POU生物反应器2604收集的信息执行以下行动中的一个或多个：(i)要求用于POU生物反应器2604的新的筒装运；(ii)调节来自源生物反应器2602的后续筒装运的装运日期；(iii)调节用于后续筒装运的筒2700中的水生植物培养物2710(例如，所述水生植物培养物的物种、所述水生植物培养物的生命阶段或水生植物培养物的量)；(iv)定制筒2700的内含物以发送至具体位置或具体POU生物反应器2604；(v)发送针对POU生物反应器2604的状态报告至中央处理单元2620；(vi)调节源生物反应器2602中的生长条件；(vii)调节用于后续筒装运的保存介质2712；(viii)调节用于后续筒装运的一种或多种肥料储备溶液2716(包括经过检验的有机溶液)；以及(ix)调节源生物反应器2602中的收集方案；(x)调节用于后续筒装运的一种或多种其它物质，包括但不限于清洁剂和添加剂。服务器2606可自动地执行一种或多种这些行动或服务器2606可发送建议至用户(例如，经由中央处理单元2620)以由所述用户后续行动。
在一些实施方案中，服务器2606可由POU生物反应器2604的用户确认应装运新的筒(例如，经由显示器376和用户接口377)。在一些实施方案中，用户可预订在具体时间量(例如一年)内新的筒的自动装运。装运日期的调节可基于各种因素。例如，如果POU生物反应器2604发送弃去警告至服务器2606，那么服务器2606可配置成加速新的筒装运至所述POU生物反应器2604。作为另一实例，如果在具体POU生物反应器2604处水生植物的消耗增加(即，POU生物反应器2604正在分配较大量的水生植物)，那么服务器2606可配置成增加装运筒至所述POU生物反应器2604的频率以满足增加的需求。
在一些实施方案中，服务器2606可基于与在具体POU生物反应器2604中生长的水生植物培养物的特征有关的信息调节水生植物培养物的物种、水生植物培养物的生命阶段或在后续筒装运中水生植物培养物的量。例如，如果确定在具体POU生物反应器2604中的水生植物培养物正在缓慢地生长或受受胁迫，那么服务器2606可配置成改变发送至所述POU生物反应器2604的水生植物培养物的预定生命阶段。在一些实施方案中，调节源生物反应器2602中的所述收集方案会改变水生植物培养物被收集并且包装于另一筒中时所处的生命阶段(例如，从春天生命阶段至冬天生命阶段)。在一些实施方案中，调节源生物反应器2602中的所述收集方案会改变水生植物培养物被收集并且包装于另一筒中时所处的生命阶段内的时间(例如，从两周进入春天生命阶段至一周进入春天生命阶段)。改变生命阶段和/或收集和包装时间可帮助缓解在分布至具体位置期间给予所述水生植物培养物的任何受胁迫。
在一些实施方案中，调节源生物反应器2602中的所述收集方案会加速源生物反应器2602中的水生植物培养物的生命周期，使得所述水生植物培养物准备在更早日期用于收集。例如，如果服务器2606确定近期处于春天生命阶段的水生植物培养物将缺乏，那么服务器2606可配置成加速具体源生物反应器102中的水生植物培养物的冬天生命阶段，使得春天生命阶段在时间上更早出现。
所收集和包装的水生植物培养物的物种也可出于各种原因进行调节。例如，具体物种可在长距离分布期间在冬天生命阶段中存活更好，或用户可针对他或她的POU生物反应器2604要求不同类型的物种。另外，所收集和包装的水生植物培养物的物种也可进行调节以便维持在源生物反应器2602或POU生物反应器2604中的生物多样性长期栽培模式。水生植物培养物的物种、水生植物培养物的生命阶段、水生植物培养物的量以及保存介质和/或肥料类型可基于从那些POU生物反应器2604接收的信息针对具体POU生物反应器2604加以定制。
在一些实施方案中，服务器2606可配置成基于从POU生物反应器2604接收的信息指导POU生物反应器2604调节其生长条件。但是，在一些实施方案中，POU生物反应器2604可基于其收集并且处理的信息(或其从服务器2606接收的处理的信息，如特征确定)调节其本身的生长条件。在一些实施方案中，服务器2606可调节需要运输至POU生物反应器2604的其它物质，包括但不限于清洁剂和溶液添加剂。
如上文所论述，系统300、600以及650包括生物反应器，所述生物反应器具有经过调适以生长一种或多种水生植物的一个或多个生长单元330、经过调适以收集一种或多种水生植物的一个或多个收集单元340以及经过调适以修改和/或定制从所述一个或多个收集单元340收集的一种或多种水生植物的一个或多个处理单元350。每个生长单元330可包括一种或多种生长装置，如生长装置3200(参看例如图32和33A)。系统300还可包括经过调适以接收作为起始材料使用的水生生物、肥料、水和/或空气的输入单元320和一个或多个经过调适以向用户供应所述水生植物和/或培养物条件培养基的输出单元360。所述输出物可作为食品、药用物质、美容物质、化学物质或其它适用产品提供。
在一些实施方案中，生物反应器系统和具体说来一种或多种生长装置和相关方法是设计用于在受控并且紧凑环境中生长水生植物。图31示出根据一实施方案的生长装置的示意图。生长装置3100可包括一个或多个模块3120。所述一个或多个模块3120可类似于水平管道起作用。例如，生长装置3100可包括底部模块3120-1和一个或多个垂直放置于底部模块3120上面的堆叠模块3120(即模块3120-2至3120-n)。生长装置3100可包括用于在所述一个或多个模块3120之间循环水生植物(AP)和液体生长培养基(LGM)的垂直管道3110。在一些实施方案中，垂直管道3110可作为互连生长装置3100内的每个模块3120的连续回路形成。在一些实施方案中，垂直管道3110可包括多个连接相邻模块3120的子通道3116。例如，如图31所示，子通道3116可连接至每个模块3120上的入口3112和出口3114，入口3112配置成向模块3120供应AP和/或LGM并且出口3114配置成从模块3120去除AP和/或LGM。
在一些实施方案中，AP和LGM可经由入口3112流入模块3120中，在所述模块内循环，并且经由出口3114流出所述模块。在一些实施方案中，每个模块3120可包括至少一个用于引导AP和/或LGM在所述模块内的流动的隔板3118。虽然图31示出单一平直隔板3118，但每个模块3120可包括多个具有任何形状并且以任何方式定向的隔板。隔板配置包括但不限于参考图35A-35D描述的隔板配置。
垂直管道3110可促进AP和/或LGM流入和流出位于生长装置3100内的每个模块3120。在一些实施方案中，AP和/或LGM可经由垂直管道3110、入口3112和出口3114在模块3120之间持续地流动。在一些实施方案中，入口3112和/或出口3114可包括一个或多个用于控制AP和/或LGM在相邻模块之间的流动的阀。位于入口3112和/或出口3114处或附近的阀可包括静态阀、机械阀和/或电子控制阀，包括但不限于本文所论述的阀配置。在一些实施方案中，AP和/或LGM可经由重力在模块3120之间流动并且AP和/或LGM可使用泵3119从底部模块3120-1至顶部模块3120-n再循环。
图32示出根据一实施方案的生长装置3200。生长装置3200可包括底部模块3220-1和一个或多个呈垂直堆叠配置放置于底部模块3220-1上的模块3220。模块3220可通过第一垂直管道3290彼此连接。每个模块3220可配置成容纳一定体积的放置于液体生长介质中的水生植物，所述液体介质是经过设计以提供所述水生植物的生长条件。所述液体生长介质可由例如但不限于水、必需盐和肥料、营养富集化合物、生长刺激化合物(例如溶解有机碳)和抗微生物剂(例如抗生素和杀真菌剂)构成。在一些实施方案中，控制单元370可配置成控制生长装置3200内的例如光、CO2含量、PH水平、温度等以便产生模仿用于所述水生植物的最佳生长的自然生长条件的生态系统。此外，经由第一垂直管道3290在模块3220之间连接可使得所述液体生长介质和/或所述水生植物能够在堆叠的模块3220之间均匀流动。在收集所述水生植物之后，所述液体生长介质可再循环以便将来使用。
控制单元370可连接至一个或多个构成生长装置3200的组件并且可配置成控制生长装置3200的操作。虽然图32中示出单一控制单元，但应了解所述控制单元可流行模块化。换句话说，生长装置3200可具有子控制单元(未示)，所述子控制单元由管理控制单元(如控制单元370)控制。
生长装置3200可包括模块3220-1至3220-n(n为具有2或大于2的值的整数)的堆叠，其具有底部模块3220-1和一个或多个垂直放置于底部模块3220-1上的模块3220-2至3220-n。生长装置3200可经过设计并且配置成模仿用于所述水生植物的自然条件以促进生长装置3200内所述水生植物的最佳生长。例如，生长装置3200可含有空气(CO2)流来源(即，空气供应)3230，其可向每个模块3220提供空气(CO2)流。此外，每个模块3220可包括光源3322-1至3222-n、入口3231-1至3231-n以接收空气(CO2)流以及出口3232-1至3232-n以释放过量空气压力。光源3222可包括但不限于LED光源。应了解，空气(CO2)进入生长装置3200中、过量压力的释放以及照明程度可由控制单元370控制。
生长装置3200也可包括用于周期性地或持续地分离所收集的水生植物与其中培养所述水生植物的液体生长介质的分离单元3240。在一些实施方案中，分离单元3240可包括机械过滤器以分离所述水生植物与所述液体生长介质。所述机械过滤器可为但不限于具有可透膜的过滤器，所述可透膜阻断处于水生植物的大小或更大的粒子的转移，同时允许所述生长介质和具有小于所述水生植物的粒径的粒子通过。分离单元3240可另外或替代地含有额外机械过滤器和/或化学过滤器以达成去除除了所述水生植物外的任何类型的不想要要素的目的。例如，分离单元3240内的过滤器可能够从所述液体生长介质去除碎片、污染和/或无活力水生植物。分离单元3240也可包括用于控制液体生长介质和水生植物流入和流出分离单元3240的泵。
根据一些实施方案，在所述水生植物与所述液体生长介质分离之后，所述液体生长介质可被转移至修改单元3250用于再循环。修改单元3250可包括用于对所述液体生长介质灭菌和/或消毒的系统。修改单元3250可使用多种方法中的至少一个对所述液体生长介质灭菌和/或消毒，所述方法包括但不限于UV照射方法、臭氧(O3)灭菌/消毒方法等。修改单元3250可另外或替代地含有用于达成去除任何类型的不想要要素的目的的化学过滤器。此外，修改单元3250可配置成将一种或多种必需要素(例如肥料)溶解于所述液体生长介质中。必需肥料可为但不限于氮、磷、铁、钾、硫、钙、镁、锌、含有这些元素中的至少一个的化合物以及其组合。此外，修改单元3250可配置成执行充气、PH和/或温度调节等。此外，修改单元3250可引导所述液体生长介质至第一排出口通道3299a用于弃置。在一些实施方案中，生物反应器310内的每个生长装置3200包括分离单元3240和修改单元3250。在一些实施方案中，生物反应器310内的多个生长装置3200可共享一个或多个分离单元3240和/或修改单元3250。修改单元3250也可包括用于控制液体生长介质和水生植物流入和流出修改单元3250的泵。
在一些实施方案中，生长装置3200可包括存储单元3260，其可为例如但不限于适合用于存储所述液体生长介质的罐。泵送单元3270可用于经由垂直通道3297从存储单元3260泵送所述液体生长介质至在模块3220的堆叠中的顶部模块3220-n。泵送可以控制方式手动或在控制单元370的控制下自动地执行。在一些实施方案中，生物反应器310内的每个生长装置3200包括存储单元3260和泵送单元3270。在一些实施方案中，生物反应器310内的多个生长装置3200可共享一个或多个存储单元3260和/或泵送单元3270。
如图32所示，作为在底部模块3220-1处开始的互连垂直通道的第一垂直管道3290垂直地连接放置于底部模块3220-1上面的所有模块3220。第一垂直管道3290可包括多个子通道3291，子通道中的每一个连接一个模块3220至直接在其下面的模块。在一些实施方案中，如例如图32中所示，子通道3291以垂直形式对准。在一些实施方案中，如例如图31和33A所示，子通道3291可不以垂直形式对准，使得第一子通道3291从相邻第二子通道3291水平地偏移。第一垂直管道3290可配置成使得所述水生植物和/或所述液体生长介质的至少一部分能够从在模块的堆叠中的较高模块3220流动至在模块的堆叠中的较低模块3220。在一些实施方案中，一个或多个阀3224控制液体生长介质和/或水生植物从模块3220流入子通道3291中。在一些实施方案中，子通道3291内的流动速率可经由流动速率阀3295控制，所述流动速率阀可手动或在控制单元370的控制下操作。在一些实施方案中，阀3224为静态阀。在一些实施方案中，阀3224为由控制单元370控制的机械或电子阀。在一些实施方案中，阀3224手动进行控制。在一些实施方案中，第一垂直管道3290可经由如通道3294的通道连接至分离单元3240。因而，第一垂直管道3290可进一步配置成使得水生植物的至少一部分能够流动至分离单元3240。
在一些实施方案中，第一垂直管道3290可连接至分离单元3252和/或修改单元3255。分离单元3252和修改单元3255可如上文所述分别执行分离单元3240和修改单元3250的功能。在一些实施方案中，如图32所示，泵送单元3270定位于分离单元3252与修改单元3255之间。在一些实施方案中，修改单元3255可通过将液体生长介质引导至第二排出口通道3299b来处置液体生长介质。此举可手动或通过控制单元370自动地执行。通过提供液体生长介质的垂直移动，第一垂直管道3290允许生长装置3200具有紧凑设计，所述设计提供本文所论述的多种优势。
生长装置内模块的垂直配置利用了使用水平管道栽培同时增加每单位占地面积可生长的水生植物的量的益处。在一些实施方案中，这可显著地增加每单位占地面积的产量。例如，与由目前发展水平的方法实现的50kg/m2占地面积的最大值相比，100个模块的堆叠(L＝180cm，W＝60cm，并且H＝180cm)可产生8,760kg/m2占地面积的每年产量。此外，所述系统的紧凑设计增加了光利用效率。本文所论述的实施方案的设计能够针对光合利用实现超过90％LED光至植物的转移，同时也仅发射光合活性波长以节省能量。在一些实施方案中，光源3222仅发射具有在大致620nm至大致700nm和大致400nm至大致515nm范围内的波长的光。
在一些实施方案中，生长装置3200还包括与至少一个模块3220连接的一个或多个转变区3280-1至3280-p。转变区3280可用于收集过程以捕捉所述水生植物的一部分，其细节在下文中说明。所述水生植物的所述部分可通过第二垂直管道3292从转变区3280转移至分离单元3240。第二垂直管道3292可包括多个子通道3293，子通道中的每一个连接一个模块3220至直接在其下面的模块。在一些实施方案中，如例如图32中所示，子通道3293以垂直形式对准。在一些实施方案中，子通道3293可不以垂直形式对准，使得第一子通道3293从相邻第二子通道3293水平地偏移。第二垂直管道3292可为在底部转变区3280-1处开始并且垂直地连接垂直地放置于底部转变区3280-1上面的每个转变区3280的垂直通道。第二垂直管道3292也可经由通道3294连接至分离单元3240。
在一些实施方案中，第二垂直管道3292是设计成使得所述液体生长介质连同水生植物的一部分能够从每个转变区(例如顶部转变区3280-p)流动至分离单元3240。每个转变区3280可包括阀3282，即阀3282-1至3282-p(参看图33A)。在一些实施方案中，每个阀3282为允许预定体积的所述液体生长介质和/或预定体积的所述水生植物流动通过其的静态阀，视分立模块3220中液体生长介质和/或水生植物的水平而定。在一些实施方案中，每个转变区3280包括超过一个阀3282。在一些实施方案中，阀3282为由控制单元370控制的机械阀或电子阀。在一些实施方案中，阀3282可手动进行控制。
如图32所示，生长装置3200可经由收集阀3275连接至收集单元340。泵送单元3245可经由收集阀3275泵送所收集的水生植物和/或液体生长介质至收集单元340。收集阀3275可在穿过分离单元3240和/或生物量定量单元5200之后在收集操作期间引导水生植物和/或液体生长介质的至少一部分至收集单元340。另外，泵送单元3245和收集阀3275可在穿过分离单元3240和/或生物量定量单元5200之后允许水生植物和/或液体生长介质的至少一部分返回至模块(例如，顶部模块3220-n)。
收集单元340可配置成从所述分离单元3240收集所述水生植物并且存储所述水生植物用于进一步使用。在一些实施方案中，存储于收集单元340中的水生植物可由一个或多个外部实体修改、分析和/或使用。在一些实施方案中，收集单元340可存储所述水生植物直至控制单元370发送所述水生植物至输出单元360。在一些实施方案中，收集单元340可存储所述水生植物直至控制单元370发送所述水生植物至处理单元350。在一些实施方案中，所述水生植物绕过收集单元340并且直接进入处理单元350和/或输出单元360。在一些实施方案中，额外液体生长介质可从液体生长介质来源3265装载至生长装置3200中。液体生长介质来源3265可经过设计以转移额外液体生长介质，从而使生长装置3200和/或每个模块3220内的液体生长介质的水平维持预定水平。此举可手动或在控制单元370的控制下自动地执行。
在一些实施方案中，生长装置可包括生物量定量单元5200。所收集的水生植物可通过泵送单元3245运输至生物量定量单元5200。生物量定量单元的细节在下文中参考图52A-52C详细描述。在一些实施方案中，生物反应器310内的每个生长装置3200可包括生物量定量单元5200和泵送单元3245。在一些实施方案中，生物反应器310内的多个生长装置3200可共享一个或多个生物量定量单元5200和/或泵送单元3245。
模块3220的堆叠中的每个模块3220是配置成含有一定体积的水生植物。此外，模块3220的堆叠中的每个模块3220是配置成含有一定体积的液体生长介质，其经过设计以提供用于所述水生植物的最佳生长条件。所述生长条件可为但不限于水、必需盐、肥料、二氧化碳(CO2)等。所述必需盐可为但不限于氮、钾、钙、镁以及铁。此外，每个模块3220可配置成充当水平管道，由此使得所述液体生长介质能够在每个模块3220内循环，具有或不具有水生植物的循环。所述液体生长介质和/或水生植物的循环是用于培养每个模块3220中的水生植物。
根据一个实施方案，模块3220的堆叠中的每个模块3220包括单一阀3224-1至3224-n。在一些实施方案中，每个模块3220可含有超过一个阀3224。在一些实施方案中，每个阀3224为允许预定体积的所述液体生长介质和/或预定体积的所述水生植物流动通过其的静态阀3223，视分立模块3220中液体生长介质和/或水生植物的水平而定。液体生长介质和/或水生植物的流动可由控制单元370控制。另外，每个模块3220中液体生长介质的水平和/或水生植物的水平可由控制单元370使用一个或多个传感器372和/或374确定。在一些实施方案中，控制单元370是配置成控制流入顶部模块3220-n中的液体生长介质的流动速率，由此控制：(1)顶部模块3220-n中的液体生长介质的水平，(2)在模块之间液体生长介质和/或水生植物的流动(在一些实施方案中，子通道3291中的流动速率阀3295也可用于控制在模块之间液体介质的流动)，以及(3)水生植物的收集。通过控制顶部模块3220-n中的液体生长介质的水平，控制单元370可经由液体生长介质从顶部模块3220-n至底部模块3220-1的流动控制每个模块3220中液体生长介质的水平。此外，通过经由流动速率阀3295控制子通道3291中的流动速率，控制单元370可进一步控制液体生长介质从顶部模块3220-n至底部模块3220-1的流动。液体生长介质和/或水生植物在模块3220之间的流动可由阀3224和第一垂直管道3290促进。液体生长介质的流动和水生植物的收集可由转变区3280促进，所述转变区3280包括阀3282和第二垂直管道3292。
在一些实施方案中，阀3224和3282分别为具有允许预定体积的液体生长介质和/或水生植物流动的配置的静态阀3223和3283，视位于模块3220中的液体生长介质和水生植物的体积而定。在所述实施方案中，液体生长介质和/或水生植物的预定体积由于所述静态阀的配置而固定，因此促进水生植物的一致并且可重复的转移和/或收集。此外，在所述实施方案中，每个转移和/或收集过程自动地清洁所述静态阀，因为被迫通过所述静态阀的液体生长介质自动地洗涤所述阀的每个组件。这增加了所述系统的清洁度，降低了对用户手动清洁所述系统的需要，降低了可能的阀失效，并且降低了水生植物被截留于所述阀内的机会，否则所述捕捉可引起污染“热点”。
静态阀的使用也可降低所述系统的复杂性并且提供控制生长装置3200内的流动的简单并且可靠方式。静态阀减少了移动部件的数目并且因此降低了失效的机会并且减少维护成本。此外，在一些实施方案中，所述静态阀允许液体生长介质和/或水生植物的流动在单点受到控制。例如，通过控制顶部模块3220-n中液体生长介质和/或水生植物的流动，每个模块3220-n至3220-1中液体生长介质和/或水生植物的体积可由于液体生长介质的流动和静态阀3223和3283的配置而自动地受到控制。
在一些实施方案中，控制单元370可控制液体生长介质不仅流入顶部模块3220-n中，而且流入模块的堆叠内的多个模块3220中。例如，在具有大量模块(例如20个模块)的生长装置中，控制单元370可控制液体生长介质流入例如第一模块(即，顶部模块)、中间模块(例如，第11个模块)以及最后一个模块(即，底部模块)中。控制单元370可配置成控制液体生长介质流入模块的堆叠内的任何模块中。
在一些实施方案中，静态阀3223的配置允许预定体积的液体生长介质从上部模块流动至下部模块。每个静态阀3223可配置成由于模块3220中液体生长介质的水平增加而允许液体生长介质从模块3220流入第一垂直管道3290中并且流动至下一模块3220中(参看图33B中关于阀3223的“状态B”)。例如，一个模块3220(例如顶部模块3220-n)中液体生长介质的增加可引起所述模块中的静态阀3223允许液体生长介质经由子通道3291流入第一垂直管道3290中，流动至下一模块3220-(n-1)中。在一些实施方案中，液体生长介质的流动可从顶部模块3220-n至底部模块3220-1，相应地填充之间的每个模块。
在一些实施方案中，静态阀3223的配置还允许预定体积的水生植物从上部模块3220-n流动至下部模块3220-(n-1)。例如，当水生植物的体积/密度增加(相对于之前存在的水生植物)时，所述水生植物的至少一部分可被转移至下一模块3220-(n-1)以降低前一模块3220-n中的水生植物密度水平。当水生植物的体积或密度增加时，控制单元370可使顶部模块3220-n充满液体生长介质(参看图33B中的“状态C”)。结果，水生植物的一部分由于静态阀3223-n的配置从顶部模块3220-n通过第一垂直管道3290被转移至模块3220-(n-1)。液体生长介质的可接受水平和/或水生植物的体积/密度可由控制单元370预定。在一些实施方案中，每个模块3220中水生植物的体积/密度使用与控制单元370连通的图像传感器374和/或传感器372监测。
在一些实施方案中，当水生植物的一部分到达底部模块3220-1时，水生植物的所述部分通过液体生长介质的流动被转移通过第一垂直管道3290至分离单元3240。在分离单元3240中，所述水生植物可经历如上文更详细描述的过滤工艺。在一些实施方案中，如图33A所示，底部模块3220-1不包括连接至通道3294的子通道3291，而是连接至垂直线3296。作为泵送单元3270的替代物，与垂直线3296连通的空气升液泵3298可配置成将液体生长介质和/或水生植物的至少一部分泵送回第一模块3220-n。在一些实施方案中，生长装置3200包括通道3294和垂直线3296并且底部模块3220-1连接至两者。
在一些实施方案中，转变区3280中的阀3282为静态阀3283。在一些实施方案中，转变区3280中的静态阀3283的配置允许另一预定体积的水生植物经由第二垂直管道3292被收集。同时，静态阀3223允许水生植物的一部分从上部模块被转移至下部模块，所述水生植物的至少另一部分可经由静态阀3283被收集(参看图33B中的“状态C*”)。每个转变区3280中捕捉的水生植物的所述至少另一部分可通过液体生长介质的流动经由通道3294被转移通过第二垂直管道3292至分离单元3240。在分离单元3240中，水生植物的所述至少另一部分可经历如上文更详细描述的过滤工艺。
图33A示出根据一实施方案的生长装置3200。如图33A所示，生长装置3200可包括呈堆叠配置的多个模块3220-n至3220-1。每个模块3220可包括子通道3291，其组合形成第一垂直管道3290。静态阀3223连接每个模块3220至每个子通道3291。静态阀3223可包括第一隔板3225、第二隔板3226以及第三隔板3227。第一隔板3225、第二隔板3226以及第三隔板3227的大小(例如高度)和位置确定了多少的液体生长介质和/或水生植物从上部模块3220-n流动至下部模块3220-(n-1)。换句话说，第一隔板3225、第二隔板3226以及第三隔板3227的高度和位置预定了从上部模块流动至下部模块的液体生长介质和/或水生植物的体积，视每个模块3220中液体生长介质和/或水生植物的水平而定。
每个模块3220还可包括转变区3280，每个转变区3280包括至少一个静态阀3283。如图33A所示，每个静态阀3283可连接每个模块3220至第二垂直管道3292中的子通道3293。每个静态阀3283可包括第四隔板3284和第五隔板3286。第四隔板3284和第五隔板3286的高度和位置预定了在收集操作期间从每个模块3220收集的水生植物的体积。图33A所示的每个隔板的大小和位置为示例性的并且可进行修改以提供液体生长介质和/或水生植物的所需流动。
在一些实施方案中，隔板3225、3226、3227、3284以及3286的高度和位置可手动或在控制单元370的控制下进行调节以控制离开模块3220的LGM和/或AP的量。
根据一个实施方案的静态阀3223和3283的操作现将参考图33B进行描述。应注意，健康(有活力)水生植物(AP)将典型地浮动于液体生长介质(LGM)上面。状态A和状态A*示出当LGM或AP不在模块3220之间流动时模块3220中(LGM)和(AP)的水平。在状态A和A*中，可允许每个模块中的AP生长并且体积/密度增加。如状态A所示，静态阀3223中的第三隔板3227防止LGM和AP流入子通道3291中。另外，静态阀3283中的第五隔板3286防止LGM和AP流入第二垂直管道3292中，如状态A*所示。第三隔板3227的高度可确定模块3220可容纳的LGM和AP的最大量。
状态B示出静态阀3223如何配置成仅允许LGM从一个模块流动至另一模块。在一些实施方案中，如果控制单元370确定需要新鲜的LGM或在模块的堆叠中的任何模块3220需要额外LGM，那么控制单元370可使新鲜或额外LGM流入顶部模块3220-n中。这可例如由于需要改变液体生长介质的生长条件而发生。在一些实施方案中，所述额外液体生长介质从液体生长介质来源3265和/或存储单元3260装载。结果，顶部模块3220-n中的LGM的水平增加，如状态B所示。当这种情况发生时，LGM的一部分被允许从第三隔板3227上流入子通道3291中，但AP由于第二隔板3226不被允许流动。因为模块3220垂直地堆叠，所以LGM从顶部模块3220-n流动会使LGM从第三隔板3227上流过并且进入在顶部模块3220-n下面的模块中等。虽然静态阀3223允许LGM流入子通道3291中，但静态阀3283中的第五隔板3286仍防止LGM和AP流入第二垂直管道3292中，如状态B*所示。这允许额外LGM被添加至模块3220中而不转移或收集任何AP。LGM少量从第三隔板3227上流过(参看“状态B”)可被视为生长装置3200的稳态操作。
在一些实施方案中，控制单元370持续地使少量LGM流入顶部模块3220-n中。因而，LGM在模块的堆叠中的每一个模块中不断地并且自动地补充。LGM可持续地从一个模块通过第一垂直管道3290流动至另一模块，接着经由闭合回路中的垂直线3296返回顶部模块。同样，LGM可持续地从一个模块经由第二垂直管道3292流动至另一模块，接着经由通道3294、泵送单元3245以及收集阀3275返回顶部模块。
如果控制单元370确定AP的一部分需要被转移和/或收集，那么控制单元370可使更大量的LGM流入顶部模块3220-n中。结果，顶部模块3220-n中的LGM的水平上升至如状态C和状态C*所示的水平。当这种情况发生时，AP的一部分分别经由阀3223-n和阀3283-n同时被转移至子通道3291和垂直管道3292中。如状态C所示，LGM的水平上升至高于第二隔板3226的水平。这使得AP中仅位于第二隔板3226与第一隔板3225之间的部分从第二隔板3226上流过，进入子通道3291中，并且进入位于顶部模块3220-n下面的模块3220-(n-1)中。第一隔板3225防止AP的任何其它部分从第二隔板3226上流过并且进入子通道3291中。同时，AP的另一部分被转移至第二垂直管道3292中，如状态C*所示。当LGM的水平上升高于第五隔板3286时，AP中仅位于第五隔板3286与第四隔板3284之间的部分从第五隔板3286上流过，进入第二垂直管道3292中，并且朝向分离单元3240。第四隔板3284防止AP的任何其它部分从第五隔板3286上流过并且进入第二垂直管道中。
增加流入模块(例如顶部模块3220n)中的LGM的量使得所述模块进入状态C和C*，导致更大量的LGM经由子通道3291和3293流入后续下部模块(3220n-1)中。这使得模块3220n-1中LGM和AP的总体积增加，使得其进入状态C和C*，其导致与在模块的堆叠中的每个模块3220呈有序级联的在(3220n-2)下面的模块等中的LGM水平的增加。
在一些实施方案中，第二隔板3226和第五隔板3286的最大高度相同，如图33A和33B所示。在一些实施方案中，第二隔板3226和第五隔板3286的最大高度不同。所述隔板的高度和位置允许AP在模块之间被转移和/或独立地被收集至第一和第二垂直管道3290和3292中，视每个模块3220中LGM和/或AP的水平而定。在AP被转移和/或收集之后，控制单元370可减少LGM至顶部模块3220-n中的流动并且所述系统可恢复状态A/状态A*或状态B/状态B*。
图34示出根据一个实施方案模块3220沿图33A、35A、35B、35C以及35D中的线A-A’的横截面。如图34所示，模块3220可包括界定通道3235的底部壁3234、侧壁3236以及顶壁3238，所述通道容纳一定体积的液体生长介质(LGM)、一定体积的水生植物(AP)和一定体积的空气。在一些实施方案中，侧壁3236中的一个或多个可为隔板3218。在一些实施方案中，模块3220可配置成容纳例如约0.5至约2cm的LGM、约2mm至约3mm的AP以及约7mm的空气。在一些实施方案中，空气不断地从AP和LGM上流过。空气的流动可由控制单元370控制。光源3222可定位于模块3220上面，如图34所示，或整合于顶壁3238内。从光源3222发射的光的波长和/或强度可由控制单元370控制。在一些实施方案中，每个光源可独立地由控制单元370控制以便调节分立模块中的光强度/波长。
图35A、35B、35C以及35D示出模块3220的各种示例性配置。图35A示出一示例性模块3220，其包括具有连续椭圆形状的通道3235。图35A所示的模块3220可包括用于产生连续通道3235的单一平直隔板3218。图35B示出一示例性模块3220，其包括具有U形状的通道3235。图35B所示的模块3220可包括用于产生U形状通道3235的单一平直隔板3218。图35C示出一示例性模块3220，其包括具有连续圆形形状的通道3235。图35C所示的模块3220可包括用于产生连续圆形通道3235的圆形隔板3218。图35D示出一示例性模块3220，其包括独特通道配置。图35D所示的模块3220可包括两个用于在模块3220内产生所需流动模式的倾斜隔板3218。根据一些实施方案的图35D所示的模块3220的流动模式和细节在下文中参考图38、47A、47B、48A以及48B进行描述。
虽然图33A和35A-35D示出针对模块3220的各种示例性形状，但模块3220可包括任何形状并且可具有多种用于在模块3220内产生所需流动模式的隔板。另外，隔板3218可具有用于在模块3220内产生所需流动模式的任何形状、大小或定向。在一些实施方案中，模块可不具有隔板。此外，虽然图33A和35A-35D示出具有位于模块3220的同一末端上的入口3212和出口3214的模块3220，但入口3212和出口3214可位于沿通道3235的任何位置处以便促进针对模块3220的所需流动特征。
图36为描述根据一个实施方案在具有模块3220的堆叠的生长装置3200中生长水生植物的操作的示例性并且非限制性流程图3600。当控制单元370使液体生长介质流入顶部模块3220-n中时，所述操作在3610中开始。当这一操作发生时，液体生长介质经由第一垂直管道3290从顶部模块3220-n流动至所述堆叠的底部模块3220-1中，从而填充之间的每个模块3220。液体生长介质通过第一垂直管道3290的闭合回路流动可在模块3220的堆叠中产生均匀生长平台。液体生长介质的水平可通过与控制单元370连通的传感器372(例如水平传感器)检测。已经在孵育-生长室321中成熟的起始材料也可在3610中被引入至生长装置3200的每个模块3220中。
所述液体生长介质是经过设计以提供用于所述水生植物的最佳生长条件(例如水、必需盐、肥料等)。根据一个实施方案，所述液体生长介质可手动或在控制单元370的控制下自动地以控制方式由泵送单元3270从存储单元3260泵送至所述堆叠中的顶部模块3220-n中。
在3615中，检查所述液体生长介质的体积是否已经达到预先规定的水平，并且如果已经达到，那么继续执行3620。
在3620中，根据一个实施方案，当所述液体生长介质的体积在至少一个模块3220(例如顶部模块3220-n)中达到例如大致1厘米的预先规定的水平时，已经在孵育-生长室321中成熟的起始水生植物可经由泵送单元3270和垂直线3296和/或经由通道3294通过泵送单元3245和收集阀3275被转移至顶部模块3220-n中。在3620中，水生植物流入每个模块3220中。由于水生植物跟随进入顶部模块3220-n中，所述水生植物的至少一部分通过垂直管道3290和/或3292从顶部模块3220-n被转移，并且进入在顶部模块3220-n下面的模块3220中。换句话说，水生植物以控制级联方式手动或在控制单元370的控制下自动地被转移。这可由于静态阀3223的配置(参看图33B中的状态C)而发生或可由于用电子学方法操作动态或电子阀(如本文所述的阀3830或4230)的控制单元370而发生。在一些实施方案中，这可由于用户手动操作阀而发生。在3620期间，所述培养物(水生植物)被允许在控制单元370的监督下在每个模块3220中生长。在一些实施方案中，起始水生植物可在3620中手动或在控制单元370的控制下自动地被引入至生长装置3200的每个模块3220中。
在3620中，在不同模块3220中水生植物的量/密度可手动或在控制单元370的监督下进行调节。水生植物的流动可继续直至体积和液体生长介质达到预先规定的体积和/或所述水生植物达到预先规定的体积/密度。在3625中，检查模块3220中所述水生植物的体积/密度是否已经达到预先规定的水平，并且如果已经达到，那么继续执行3630。
一旦确定所述水生植物已经达到预先规定的体积/密度，生长装置3200可在3630中转变为稳态。生长装置3200内的稳态可定义为相对少量的液体生长介质在模块3220之间的连续流动。这可由于静态阀3223的配置(参看图33B中的状态B)、下文参考图38-43描述的动态阀3830或4230的配置或由于用电子学方法操作其它类型的机械或电子阀的控制单元370而发生。稳态可允许水生植物在控制单元370的监督下成熟并且生长。在稳态操作期间，一个或多个模块内的AP可由于模块之间LGM的流动持续地或周期性地被洗涤。AP的洗涤在下文中参考图44和45更详细地描述。生长装置可停留于稳态直至确定在3635中需要收集操作。何时收集并且收集多少的确定可由控制单元370控制。
在3640中，所述水生植物的至少另一部分可被捕捉于至少一个转变区3280-p中并且经由第二垂直管道3292加以收集。这可由于静态阀3283的配置(参看图33B中的状态C*)、下文参考图38-43描述的动态阀3830或4230的配置或由于用电子学方法操作其它类型的机械或电子阀的控制单元370而发生。
在静态阀的情况下，控制单元370可配置成使用例如图像传感器374监测每个模块中水生植物的体积/密度。在一些实施方案中，控制单元370是配置成遵循用于维持每个模块中水生植物的可接受体积/密度的方案。在所述实施方案中，控制单元370可配置成当水生植物的体积/密度超过一个或多个模块3220中的预先规定的水平时转移和/或收集预定量的水生植物。
例如，模块3220中的生长条件可有效地使得在每个模块3220中水生植物的生长能够高达预先规定的体积/密度，例如大致3毫米厚的水生植物的层。每个模块3220中水生植物的体积/密度可由与控制单元370连通的传感器372和/或374确定。当模块中水生植物的体积/密度增加至预先规定的水平时，预定量的水生植物可被转移至下面的模块中和/或被收集。例如，如果在顶部模块3220-n中水生植物的体积/密度达到预先规定的体积/密度(即，3毫米厚的水生植物的层)，那么0.5毫米的水生植物可从顶部模块3220-n被转移至在顶部模块3220-n下面的模块3220-(n-1)中。这些水生植物经由阀3224-n和第一垂直管道3290的子通道3291被转移。结果，模块3220-(n-1)中水生植物的体积增加。随后，模块3220-(n-1)中水生植物的一部分可从模块3220-(n-1)通过第一垂直管道3290被转移或收集。这可针对模块的堆叠中的每一个模块3220同样发生。
在一些实施方案中，所收集的水生植物可经由转变区3280和垂直管道3292从每个模块3220被转移。在收集操作期间，模块3220-n中水生植物的一部分可在3640中经由阀3282-p被捕捉于转变区3280-p中。在一些实施方案中，收集可在水生植物在模块3220之间被转移的同时发生(参看例如图33B中的状态C和C*)。在一些实施方案中，收集可为独立并且独特的操作。水生植物的所收集部分连同液体生长介质可在3640中经由第二垂直管道3292被转移至分离单元3240。在AP的预先规定的部分分别经由阀3224-n和/或阀3282-p被转移/收集之后，每一个模块3220将有空间生长更多水生植物。根据一些实施方案，收集速率和总的每日收集体积可与培养物生长速率同步，使得仅收集积聚的生长生物量。在一些实施方案中，可能收集不同量的水生植物以满足用户需求。
根据一些实施方案，经由第一垂直管道3290被转移的水生植物的体积和被捕捉于每个转变区3280中的水生植物的体积通过静态阀3223和3283的配置预定。在所述实施方案中，控制单元370确定每日发生的转移事件的数目。在一些实施方案中，经由第一垂直管道被转移和/或被捕捉于每个转变区3280中的水生植物的体积可由控制电子阀或动态阀(如下文参考图38-43描述的阀3830或4230)的控制单元370确定。
在3640中的收集操作之后，所收集的水生植物可通过分离单元3240与液体生长介质分离并且所收集的水生植物可在3645中被发送至收集单元340。分离单元3240可包括机械过滤器以分离所述水生植物与所述液体生长介质。分离单元3240可另外或替代地含有化学过滤器以达成去除除了所述水生植物外的任何类型的不想要要素的目的。在一些实施方案中，在所述水生植物在3645中与所述液体生长介质分离之后，所述水生植物可被转移至收集单元340。收集单元340可用于暂时地存储所述水生植物。此外，所述水生植物可另外由一个或多个外部实体分析、修改和/或使用。
在3650中，在所述液体生长介质与所述水生植物分离之后，所述液体生长介质可通过修改单元3250进行清洁和/或再循环。作为一非限制性实例，再循环过程可包括清洁期、分析期和富集期。修改单元3250可含有用于达成对所述液体生长介质灭菌和/或消毒的目的的物理过滤器。所述灭菌和/或消毒可为但不限于UV照射灭菌和消毒方法、臭氧(O3)灭菌和消毒方法等。修改单元3250可另外或替代地含有用于达成去除任何类型的不想要要素的目的的化学过滤器。在清洁期之后，可对所述液体生长介质进行分析以识别例如所述液体生长介质的温度和/或PH。此外，可对所述液体生长介质进行分析以识别在所述液体生长介质内发现的一种或多种必需盐和/或肥料的水平。所述必需盐可为但不限于氮、钾、钙、镁以及铁。在一些实施方案中，修改单元3250可通过将液体生长介质引导至第一排出口通道3299a来处置液体生长介质。此举可手动或通过控制单元370自动地执行。
在3650中，所述液体生长介质也可通过修改单元3250进行修改(响应于上文所述的分析)以提供所述水生植物的最佳生长条件。这一过程可包括将一种或多种必需盐、肥料等溶解于所述液体生长介质中。此外，这一过程可包括充气、PH和/或温度调节等。在一些实施方案中，所述液体生长介质被存储于存储单元3260中用于以后使用。根据一个实施方案，额外液体生长介质可从液体生长介质来源3265装载至生长装置3200中。这可手动或通过控制单元370自动地执行以维持模块3220中所述液体生长介质的水平。
在3655中，检查是否需要收集更多水生植物并且如果需要，那么继续执行3635；否则，继续执行3660。在3660中，检查是否需要继续所述栽培并且如果需要，那么继续执行3630；否则，执行终止。其后，控制单元370可监测生长装置3200以确定何时执行图36所示的任何步骤。在一些实施方案中，待收集的水生植物的体积可由用户和/或在控制单元370的控制下确定。
图37为根据一个实施方案的生物反应器310的图像。如图37所示，生物反应器310可包括多个模块3220，其中多个光源3222定位于所述模块3220之间。虽然图37示出具有多个模块3220的生物反应器310，但生物反应器310可含有任何数目的模块3220。图37还示出构成第一垂直管道3290的两个子通道3291并且示出根据一个实施方案的收集单元340的一部分。
在一些实施方案中，生物反应器(例如生物反应器310)可包括一个或多个用于收集培养物的一部分的动态阀。动态阀可包括例如配置成收集水生植物培养物的旋转、振荡或闸样机构。在一些实施方案中，所述动态阀可配置成在后续收集操作中收集具体并且可重复的量的培养物。在一些实施方案中，所述动态阀可配置成收集可变量的培养物。控制单元(例如控制单元370)可配置成基于用如本文所述的生物反应器确定各种条件(例如水生植物密度水平)来控制所述动态阀。
图38-41说明根据一个实施方案具有动态阀3830的模块3800。模块3800可包括界定用于液体生长介质(LGM)和水生植物(AP)的流动区域的侧壁3802、两个隔板3804以及地板3806。隔板3804可界定末端开口的中央通道3850，所述通道具有近端开口3852和远端开口3854。入口3812可提供于模块3800的近端3813上用于向模块3800供应LGM和/或AP并且出口3814可与入口3812相对提供于模块3800的远端3815上用于从模块3800去除LGM和/或AP。在包括堆叠的模块的实施方案中，一个模块的入口3812可与在其上面的模块的出口3814流体连通(参看图41)。可提供与入口3812流体连通的管口3810以将LGM和/或AP从入口3812引导至流量整形器3808上。流量整形器3808的操作在下文中参考图44和45更详细地描述。在一些实施方案中，地板3806可包括倾斜地板3807，其细节参考图50描述。
在一些实施方案中，LGM和/或AP可从管口3810流动，通过中央通道3850朝向远端3815，在远端开口3854外部，在隔板3804的末端周围，并且经由外部通道3856朝向管口3810返回。经由外部通道3856返回流动的LGM和/或AP可经由近端开口3852被牵引回中央通道3850中。模块3800的配置导致在稳态操作期间在模块3800内LGM和/或AP的持续循环，所述持续循环由动态阀3830的结构促进。
如图38所示，模块3800的远端3815可包括转变区3820，动态阀3830位于其中。转变区3820连同阀3830一起允许AP的一部分手动或在控制单元370的控制下进行收集。如图38-41所示，动态阀3830可包括具有用于接收LGM和AP的开口3838的孔口3834，当呈开口配置时，所述孔口由孔口壁3836界定。动态阀3830也可包括连接至孔口壁3836并且至少部分地围绕孔口壁3836的阀侧壁3840。阀侧壁3840可配置成当动态阀3830处于闭合位置中时用转变区3820中的出口壁3822密封。换句话说，当动态阀3830处于闭合位置中时，阀侧壁3840可接触出口壁3822的末端。
阀侧壁3840可连接至阀顶壁3842，阀顶壁3842连接至致动器3832。在一些实施方案中，致动器3832可操作性地耦接至控制单元370并且控制单元370可配置成控制致动器3832以在开口位置与闭合位置之间旋转动态阀3830(参看图40)。在一些实施方案中，致动器3832可由用户手动控制以在开口位置与闭合位置之间旋转动态阀3830。在一些实施方案中，动态阀3830可围绕枢轴3844旋转。模块3800和动态阀3830的配置引起具有单一阀的模块配置。如下文论述，动态阀3830有效执行静态阀3223和3283的功能(即，允许LGM和/或AP在模块之间流动和/或流动至收集单元340)。在一些实施方案中，模块3800可包括超过一个动态阀3830。
动态阀3830的操作现将参考图39A-41描述。图38和39A示出处于闭合位置中的动态阀3830。在所述闭合位置中，孔口3834的开口3838面朝模块3800的远端3815。在这一位置中，由于阀侧壁3840而无AP可进入孔口3834。另外，阀侧壁3840用出口壁3822密封以防止AP进入出口3814。然而，LGM被允许在阀侧壁3840下面流动，进入孔口3834中，在可调节水闸3824上流过，并且经由出口3814流出模块3800。
图39B示出处于开口位置中的动态阀3830。在所述开口位置中，孔口3834的开口3838面朝模块3800的近端3813。在这一位置中，LGM和AP被允许经由开口3838流入孔口3834中。在所述开口位置中，LGM仍被允许在阀侧壁3840下面朝向出口3814流动。可调节水闸3824的高度可控制被允许在所述开口位置与所述闭合位置中流动的LGM的量。在一些实施方案中，可调节水闸的高度可由控制单元370控制。
图40示出在收集操作期间动态阀3830的完全旋转。动态阀3830在阶段1中显示在所述闭合位置中，其中仅LGM朝向出口3814流动(即，稳态操作)。当用户和/或控制单元370确定AP的一部分需要从模块3800进行收集和/或转移时，致动器3832开始朝向所述开口位置旋转动态阀3830。如阶段2所示，当动态阀3830朝向所述开口位置旋转时，在LGM上浮动的AP进入开口3838并且被捕捉于孔口3834内。致动器3832继续旋转动态阀至阶段3所示的开口位置。在一些实施方案中，动态阀3830的旋转可在阶段3停止以允许AP填充孔口3834。在一些实施方案中，动态阀的旋转可为持续的并且在阶段3可不停止。如阶段4和5所示，动态阀3830通过返回所述闭合位置完成其旋转。当动态阀3830在阶段5中返回所述闭合位置时，被捕捉于孔口3834内的AP流入出口3814中。一旦所有AP均已经流出孔口3834，模块3800可恢复如阶段6所示的稳态操作。在一些实施方案中，阀侧壁3840在动态阀3830的整个旋转期间保持与出口壁3822密封接触。
在一些实施方案中，动态阀3830的完全旋转可在1至30秒内发生。在一些实施方案中，与其完全旋转，致动器3832可配置成旋转动态阀3830至开口位置(阶段3)并且逆转所述旋转以使动态阀3830返回闭合位置。在一些实施方案中，半旋转(即，从闭合位置至开口位置并且回到闭合位置)可在总计1至30秒中发生。在一些实施方案中，控制单元370可配置成在已经过去预定量的时间之后经由致动器3832重复地致动动态阀3830。这一预定量的时间可介于一分钟至数小时范围内。在一些实施方案中，控制单元370可配置成响应于由传感器372和/或374收集的数据经由致动器3832旋转动态阀3830。在一些实施方案中，用户可手动地(经由控制单元370或通过物理操作)经由致动器3832旋转动态阀3830。
图42和43说明根据一个实施方案具有动态阀4230的模块4200。模块4200可包括界定用于LGM和AP的流动区域的侧壁4202和地板4206。在一些实施方案中，模块4200可包括倾斜地板4207。入口4212可提供于模块4200的近端4213上用于向模块4200供应LGM和/或AP并且出口4214可与入口4212相对提供于模块4200的远端4215上用于从模块4200去除LGM和/或AP。在包括堆叠的模块的实施方案中，一个模块的入口4212可与在其上面的模块的出口4214流体连通。可提供与入口4212流体连通的管口4210以将LGM和/或AP引导至模块4200中。
在一些实施方案中，LGM和/或AP可从管口4210朝向位于模块4200的远端4215处的转变区4220流动。模块4200的配置导致在稳态操作期间在模块4200内LGM和/或AP的持续循环，所述持续循环由动态阀4230的结构促进。
如图41和42所示，转变区4220可具有位于其中的动态阀4230。转变区4220连同动态阀4230一起允许AP的一部分手动或在控制单元370的控制下进行收集。动态阀4230可包括具有体壁4241的阀体4240。阀体4240可连接至用于在闭合位置与开口位置之间旋转动态阀4230的枢轴4238。耦接至枢轴4238的致动器4232可配置成在闭合位置与开口位置之间旋转动态阀4230。在一些实施方案中，致动器4232可操作性地耦接至控制单元370并且控制单元370可配置成控制致动器4232以在开口位置与闭合位置之间旋转动态阀4230。在一些实施方案中，致动器4232可由用户手动控制以在开口位置与闭合位置之间旋转动态阀4230。
如图43所示，阀体4240可包括具有孔口壁4244和开口4246的孔口4242。孔口壁4244可与槽4248的第一开口端4250流体连通。槽4248可包括由孔口壁4244界定的第一开口端4250和由体壁4241界定的第二开口端4252。
动态阀4230的操作现将参考图43描述。阶段1示出处于闭合位置中的动态阀4230。在所述闭合位置中，孔口4242的开口4246面朝模块4200的远端4215。在这一位置中，体壁4241可用出口壁4222密封，使得无AP可进入孔口4242。另外，由于槽4248的位置，模块4200内在LGM上浮动的AP无法在闭合位置中经由槽4248进入孔口4242。然而，LGM被允许流入槽4248中，通过孔口4242，并且经由出口4214流出模块4200。在一些实施方案中，模块4200可包括与可调节水闸3824相似或相同的可调节水闸。
当用户和/或控制单元370确定AP的一部分需要从模块4200进行收集和/或转移时，致动器4232开始朝向所述开口位置旋转动态阀4230。如阶段2所示，当动态阀4230朝向所述开口位置旋转时，孔口4242的开口4246朝向模块4200的近端4213旋转。致动器4232继续旋转动态阀至阶段3所示的开口位置。在一些实施方案中，动态阀4230的旋转可在阶段3停止以允许AP填充孔口4234。在一些实施方案中，动态阀的旋转可为持续的并且在阶段3可不停止。在任一情况下，当动态阀4230处于阶段3所示的开口配置中时，在LGM上浮动的AP填充孔口4234。如阶段4所示，当动态阀4230返回阶段5中的闭合位置时，致动器4232使动态阀4230逆转其旋转。当动态阀4230在阶段5中返回所述闭合位置时，被捕捉于孔口4242内的AP流入出口4214中。一旦所有AP均已经流出孔口4242，模块4200可恢复稳态操作，其中仅LGM经由槽4248朝向出口4214流动。
在一些实施方案中，动态阀4230的两次旋转(即，从闭合位置至开口位置并且回到闭合位置)可在总计1至30秒内发生。在一些实施方案中，控制单元370可配置成在已经过去预定量的时间之后经由致动器4232重复地致动动态阀4230。这一预定量的时间可介于一分钟至数小时范围内。在一些实施方案中，控制单元370可配置成响应于由传感器372和/或374收集的数据经由致动器4232旋转动态阀4230。在一些实施方案中，用户可手动地(经由控制单元370或通过物理操作)经由致动器4232旋转动态阀4230。
动态阀3830和4230允许分立模块内AP和/或LGM的水平独立地受到控制。例如，应由控制单元370确定在堆叠内的具体模块(例如，在堆叠内的第三模块)中的AP需要进行收集；控制单元370可致动与所述第三模块缔合的动态阀，由此仅从所述模块收集AP。另外，动态阀3830和4230的设计提供一致收集操作。每次动态阀被致动时收集的AP的量由孔口3834/4242的大小控制，所述量可定义为通过阀口面积:总的培养物面积的面积比率确定的AP的总量的％。因而，在单一收集操作(即，阀3830/4230的单一致动)期间从模块收集的AP的量为一致的。一致收集量有助于确定阀3830/4230需要被致动多少次以从模块收集某一量的AP。此外，动态阀3830和4230的设计促进所述阀的清洁性。每个转移和/或收集过程自动地清洁所述动态阀，因为被迫通过所述动态阀的液体生长介质自动地洗涤所述阀的每个组件。这一配置可使得能够使用单一输出和输入通道，由此简化所述系统的设计并且增加坚固性。另外，无AP被留在所述阀中或周围干燥，因此消除潜在静态污染“热点”。
在稳态操作期间，经由出口(例如2414、3814或4214)离开模块的堆叠内的模块(例如模块3220、3800或4200)的LGM可被转移至所述堆叠内的下一模块(参看例如图41)。在稳态操作期间，LGM在模块之间的连续流动导致对每个模块内的AP的连续洗涤。这一洗涤相继由在模块的入口附近的相对高速旋流、允许AP重新露面的大致线性减速流动速率引起。所述减速流动在充足距离内发生以允许有活力的植物在到达收集阀之前浮动回LGM的表面。
当LGM流入模块中时，存在于所述模块内的AP由于LGM的入流被迫向下。这迫使AP和任何污染物、碎片或无活力AP朝向所述模块的地板。被迫朝向所述地板的有活力的AP将由于自然地存在于分立水生植物中的CO2空泡而重新露面。相比之下，污染物、碎片和无活力AP将保持在所述模块的底部处所述地板的附近。因而，污染物、碎片和无活力AP被允许与LGM一起流动通过阀(例如，在图39A中的阀侧壁3840下面)至所述堆叠中的下一模块。最终，由于LGM的连续流动，污染物、碎片和无活力AP将从模块的堆叠被转移至分离单元，在所述分离单元中污染物、碎片和无活力AP可被去除。
在收集操作期间，经由出口离开模块的LGM和AP可被转移至：1)下一模块(参看例如图41)或2)经由第二垂直管道直接至收集单元。在其中LGM和AP在收集操作期间被转移至下一模块的实施方案中，AP最终仅从堆叠内连接至收集单元的具体模块(例如，在堆叠内的底部模块)“进行收集”。其中LGM和AP被直接发送至收集单元的实施方案用于分离针对每个模块的收集操作与在堆叠内的其它模块。与模块的出口缔合的阀可引导LGM和AP至下一模块或直接至收集单元。在一些实施方案中，这些阀可由控制单元370控制。
图44说明根据一个实施方案具有流量整形器4408的模块4400。如图44所示，模块4400可包括界定用于LGM和AP的流动区域的侧壁4402和地板4406。LGM和AP可经由入口4412和管口4410流入模块4400中。流量整形器4408可位于地板4406上模块的近端4413附近。流量整形器4408可从地板4406突出并且包括顶面4409。在一些实施方案中，流量整形器4408可作为地板4406的一部分形成。在一些实施方案中，流量整形器4408可为独立零件，其可释放地或永久地附接于地板4406。流量整形器4408可用于缩短“再浮动距离”并且改进在模块(例如模块4400)内流动的水生植物的洗涤效率。模块4400也可包括转变区4420和位于其远端4415处的出口4414。转变区4420可包括阀，如上文所述的静态阀3283或动态阀3830/4230，或下文所述的阀5030。
如本文所用，“再浮动距离”意指在液体生长介质从顶面4409或地板4406上的一点流动的方向中测量的水平距离，其中水生植物可由旋流迫使向下，所述旋流为植物重新露面所需的。“再浮动距离”必须短于到达转变区4420内的出口点4411所需的距离以确保有活力的AP不会在稳态操作期间经由转变区4420无意中漏出模块4400。在一些实施方案中，所述旋流可由离开入口管口4410的水生植物和/或液体生长介质的流动产生。或者或另外，所述旋流可由机械器件(例如推进器)，或由定向气流或其它液流局部地产生。
如图44所示，离开管口4410的AP和/或LGM在管口4410下面产生旋流。这一旋流迫使离开管口4410或已经存在于模块4400内的AP朝向地板4406。被迫朝向地板4406的AP将由于自然地存在于分立水生植物中的其内源自然浮动机构(即，微小的气泡)重新露面。所述再浮动距离可影响本文所述的模块的尺寸，因为本文所述的一些阀(例如阀3283、3830和4230)的操作需要在LGM上浮动的AP适当地起作用。例如，如果AP存在于图39A中的阀侧壁3840下面，那么有活力的AP可在稳态操作期间不合需要地被转移至在模块的堆叠内的下部模块中。在所述情况下，在堆叠内的较高模块将最终几乎不含AP。这将对实现在所述堆叠内的每个模块内的均匀生长条件有害。
如图45中所说明，流量整形器4408的使用导致在入口旋流速率的范围内针对AP的较短再浮动距离。所述旋流速率促进AP的洗涤，并且高入口旋流速率使得能够更好洗涤AP。然而，高入口流动速率也可导致长的再浮动距离。流量整形器4408会减少再浮动距离而不减少入口旋流速率，因此优化入口旋流速率以促进AP的洗涤，并且在系统层面上，优化通过修改单元的总体LGM流动速率。优化通过修改单元的LGM的流动速率可增加所述修改单元的效率。例如，在采用UV清洁工艺的修改单元中，优化LGM的流动速率可增加所述修改单元内碎片和污染去除的速度和效率。
在一些实施方案中，较短的再浮动距离会产生较短的水平急流并且允许模块的长度更短，由此减少其占地面积。或者或另外，较短的再浮动距离可去除添加隔板至模块以控制流动特征的需要并且确保当AP到达阀(如阀3283、3830或4230)时，其正在浮动。在一些实施方案中，流量整形器可与一个或多个隔板协力采用以产生所需的流动特征和/或再浮动距离。在一些实施方案中，可单独使用隔板以在模块内产生所需的流动特征和/或再浮动距离。
图46示出根据一个实施方案具有流量整形器4608和两个隔板4604的模块4600，其用于控制AP的流动特征和再浮动距离。图46示出与管口4610的出口相邻形成的两个入口涡旋。所述涡旋迫使AP向下并且流量整形器4608用于降低AP的再浮动距离。图46还示出隔板4604如何用于使AP和LGM再循环朝向管口4610返回。这一再循环促进模块4600内所有AP的洗涤。
图47A和47B分别示出模块4600的航拍视图和横截面视图。模块4600可包括入口4612和出口4614，其均位于近端4613处。模块4600还可包括界定用于LGM和AP的流动区域的侧壁4602、隔板4604和地板4606。流入模块4600中的LGM和/或AP导致旋流，其迫使AP向下朝向流量整形器4608。所述AP接着被引导至由隔板4604界定的中央通道4650，中央通道4650包括近端开口4652和远端开口4654。当LGM和AP移动通过中央通道4650时，所述AP在其接近远端开口4654时被允许再浮动。当LGM和AP到达远端开口4654时，有活力的AP已经再浮动至LGM的顶部，而碎片、污染物和无活力植物保持在地板4606附近。LGM和AP接着在远端4615处围绕隔板4604的末端循环并且在其返回近端4613的进程中进入外部通道4656。
朝向近端4613返回的与地板4606相邻的一部分LGM和任何碎片、污染物或无活力植物可经由出口4614离开模块4600。相比之下，在LGM上浮动的AP和一部分LGM由于在近端开口4652处由经由管口4610流入模块4600中的LGM和/或AP所产生的旋流产生的吸力再循环至中央通道4650中。在一些实施方案中，出口4614可包括阀，如静态阀3223。在一些实施方案中，远端4615可包括阀，如用于从模块4600收集AP的阀3283。在一些实施方案中，隔板4604的高度可等于或大于在稳态操作期间存在于模块4600内的LGM的高度。在一些实施方案中，隔板4604的高度可等于或大于在稳态操作期间存在于模块4600内的LGM+AP的高度。
图48A和48B示出根据一个实施方案的模块4800。模块4800可包括侧壁4802、隔板4804和地板4806。位于模块4800的近端4813处的近端壁4817连同侧壁4802、隔板4804和地板4806一起界定在模块4800内用于AP和LGM的流动区域。模块4800也可包括用于向模块4800供应AP和/或LGM的具有位于近端4813处的管口4810的入口4812。近端4813也可包括用于从模块4800去除AP的生物量出口4814，所述生物量出口4814具有两个出口，即第一生物量出口4814a和第二生物量出口4814b。另外，溶液出口4816可位于与侧壁4802相邻处并且在近端4813附近，用于从模块4800去除LGM。模块4800还可包括用于引导AP至出口4814并且引导LGM至出口4816的位于出口4814和4816附近的一个或多个阀机构4830。在一些实施方案中，阀机构4830可位于隔板4804与溶液出口4816之间的近端4813处。阀机构4830可包括但不限于一种或多种本文论述的阀(例如阀3223、3283、3830、4230、5030等)。
隔板4804可从近端壁4817延伸朝向远端4815。在一些实施方案中，隔板4804具有在200mm与250mm之间的长度(lb)。在一些实施方案中，隔板4804具有在220mm与230mm之间的长度(lb)。在一些实施方案中，隔板4804具有228.50mm的长度(lb)。在一些实施方案中，模块4800可具有在350mm与400mm之间的总体内部长度(lm1)。在一些实施方案中，模块4800可具有373mm的总体内部长度(lm1)。在一些实施方案中，由近端壁4817和远端4815界定的流动区域的长度(lm2)可在300mm与350mm之间。在一些实施方案中，lm2为328mm。
在一些实施方案中，模块4800可具有在175mm与225mm之间的内部宽度(wm)。在一些实施方案中，模块4800可具有200mm的内部宽度(wm)。在一些实施方案中，管口4810的内部直径(ds)和出口4814a、4814b和4816的内部直径(do)可在8mm与12mm之间。在一些实施方案中，ds和do等于10mm。在一些实施方案中，ds和do彼此不相等。在一些实施方案中，管口4810相对于地板4806以一定角度(θ)定向。所述角度θ可影响与管口4810相邻产生的旋流，所述旋流促进模块4800内AP的洗涤。在一些实施方案中，θ在30°与60°之间。在一些实施方案中，θ为45°。
在一些实施方案中，模块4800具有界定内部体积高度(hm)的顶壁4818。在一些实施方案中，hm在20mm与30mm之间。在一些实施方案中，hm为25mm。在一些实施方案中，隔板4804可具有等于hm的高度(hb)。在一些实施方案中，hb可小于hm。
图49A和49B示出根据一个实施方案的模块4900。模块4900可包括侧壁4902、两个隔板4904和地板4906。位于模块4900的远端4915处的远端壁4916连同侧壁4902、隔板4904和地板4906一起界定在模块4900内用于AP和LGM的流动区域。模块4900也可包括用于向模块4900供应AP和/或LGM的具有位于近端4913处的管口4910的入口4912。近端4913也可包括用于从模块4900去除AP和/或LGM的出口4914。模块4900还可包括用于引导LGM至出口4914的位于出口4914附近的一个或多个阀机构4930。一个或多个阀机构4930也可位于远端壁4916附近用于从模块4900去除AP。在一些实施方案中，一个或多个阀机构4930可位于近端4913处的侧壁4902处或可形成侧壁4902的一部分。在一些实施方案中，一个或多个阀机构4930可位于远端4915处的远端壁4916处或可形成远端壁4916的一部分。阀机构4930可包括但不限于一种或多种本文论述的阀(例如阀3223、3283、3830、4230、5030等)。
隔板4904可以相对于远端壁4916的对立角从近端4913朝向远端4915延伸，由此形成具有近端开口4952和远端开口4954的中央通道4950。隔板4904连同侧壁4902一起也可界定两个外部通道4956。在一些实施方案中，隔板4904可具有在200mm与250mm之间的长度(lb)。在一些实施方案中，隔板4904可具有等于231.50mm的长度(lb)。在一些实施方案中，近端开口4952可具有在30mm与35mm之间的宽度(wb1)。在一些实施方案中，wb1可为32mm。近端开口4952的宽度(wb1)连同通过从管口4910流入LGM和/或AP所产生的旋流可产生将LGM和AP牵引至中央通道4950中所需的吸力，因此在模块4900内产生AP和LGM的连续循环。在一些实施方案中，远端开口4954可具有在80mm与85mm之间的宽度(wb2)。在一些实施方案中，wb2可为82mm。
在一些实施方案中，模块4900可具有在350mm与400mm之间的总体内部长度(lm1)。在一些实施方案中，模块4900可具有380mm的总体内部长度(lm1)。在一些实施方案中，由远端壁4916和近端4913界定的流动区域的长度(lm2)可在300mm与350mm之间。在一些实施方案中，lm2可为334mm。在一些实施方案中，模块4900可具有在175mm与225mm之间的内部宽度(wm)。在一些实施方案中，模块4900可具有198mm的内部宽度(wm)。
在一些实施方案中，管口4910的内部直径可从第一直径(d1)改变为第二直径(d2)，所述第二直径(d2)小于所述第一直径(d1)。在一些实施方案中，d1可在6mm与8mm之间。在一些实施方案中，d1可为7mm。在一些实施方案中，d2可在3mm与5mm之间。在一些实施方案中，d2可为4mm。在一些实施方案中，管口4910的内部直径可为恒定的(即d1＝d2)。在一些实施方案中，管口4910的中央可位于地板4906上方一定距离(hs)处。在一些实施方案中，hs可在8与10mm之间。在一些实施方案中，hs可为9mm。管口的直径(d1和d2)和hs可影响与管口4910相邻产生的旋流，所述旋流促进模块4900内AP的洗涤。在一些实施方案中，管口4914的内部直径(do)可在8mm与12mm之间。在一些实施方案中，do可为10mm。
在一些实施方案中，模块4900具有界定内部体积高度(hm)的顶壁4918。在一些实施方案中，hm在20mm与30mm之间。在一些实施方案中，hm为25mm。在一些实施方案中，隔板4904可具有等于hm的高度(hb)。在一些实施方案中，hb可小于lm。在一些实施方案中，hb可在12mm与18mm之间。在一些实施方案中，hb可为15mm。
虽然上文已经关于模块4800和4900的组件描述了示例性尺寸，但模块4800和4900和所述组件的大小和形状可视生物反应器和/或生长装置所需的占地面积进行调节和/或确定比例。例如，具有相对较小的大小的模块可优选用于培养并且收集单一科的水生植物所用的家用生物反应器，而具有相对较大的大小的模块可优选用于培养并且收集大量用于大规模分布的水生植物的大规模生物反应器。
图50说明根据一个实施方案的倾斜地板5040的操作。图50示出不具有倾斜地板的模块5000a和具有倾斜地板5040的模块5000b的比较。两种模块5000a/b可包括界定用于AP和LGM的流动区域的侧壁5002和地板5006。另外，两种模块5000a/b可包括与静态阀和/或机械阀5030流体连通的出口5014。静态和/或机械阀5030可包括第一隔板5032和第二隔板5034，所述隔板合起来配置成允许LGM离开模块5000a/b并且防止AP离开模块5000a/b。在一些实施方案中，隔板5032和5034的高度和位置可手动或在控制单元370的控制下进行调节以控制离开模块5000a/b的LGM的量。
如图50的右侧所示，模块5000b的地板5006包括延伸跨过地板5006的至少一部分的倾斜地板5040，位于与阀5030直接相邻处的阀区域5042排除在外。所述倾斜地板5040不会延伸至阀区域5042中，因为阀5030针对最佳功能性需要最低水平的LGM(本文所述的其它阀的最佳功能性也需要最低水平的LGM，所述其它阀例如阀3223、3283、3830或4230)。
如图50所示，倾斜地板5040占据在倾斜地板5040不存在下将由LGM占据的空间。这减少了填充模块所需的LGM的量，但仍维持可用于捕捉AP的LGM上的表面积的量。在一些实施方案中，倾斜地板5040可使填充模块所需的LGM的量降低高达80％。在采用多个堆叠的模块的实施方案中，这显著地减少了操作生物反应器所需的LGM的体积，由此可显著地减少操作所述生物反应器的成本和用所述生物反应器循环LGM所需的设备的大小/成本。
在一些实施方案中，倾斜地板5040还界定空腔5044。在一些实施方案中，空腔5044可容纳用于照射模块5000b和/或在5000b下面的模块的光源5046，如光源3222。在一些实施方案中，光源5046可为用于在空腔5044内引导光并且用于照射模块5000b和/或在5000b下面的模块的光导(参看图51A和51B)。由于空腔5044可用于容纳光源5046的至少一部分，生长装置的总体高度可降低。在采用多个堆叠的模块的实施方案中，用于每个模块的光源可至少部分地被接收于由倾斜地板5040界定的空腔5044中。在所述实施方案中，空腔5044可减少每个模块和缔合的光源所需的高度。例如，所述高度可减少25％。因而，生长装置和生物反应器的总体高度可减少大致25％。
虽然图50示出具有矩形横截面形状的倾斜地板5040，但倾斜地板5040可具有任何横截面形状，包括但不限于椭圆形状或五边形形状。另外，虽然图50示出与阀5030组合使用的倾斜地板5040，但倾斜地板可与任何本文所述的阀(例如阀3223、3283、3830或4230)协力使用。
图51A和51B示出根据一个实施方案包括倾斜地板5040和动态阀3830的模块5100。如图51A所示，两个LED光阵列5102可布置于模块5100的相对侧上，其中两个光导5104位于LED光阵列5102之间并且与LED光阵列5102光学连通。在一些实施方案中，光导5104可位于由倾斜地板5040界定的空腔5044中。在一些实施方案中，模块51000可包括用于照射模块5100和/或在模块5100下面的模块的延伸跨过模块5100的单一光导。在一些实施方案中，模块5100可包括用于照射模块5100和/或在模块5100下面的模块的超过两个光导。在一些实施方案中，LED光阵列5102可至少部分地安置于空腔5044中。模块5100还包括位于倾斜地板5040上面的流量整形器3808。模块5100提供来自本文所述的不同模块实施方案的多个方面可如何组合以产生具有所需特征的模块的良好实施例。应了解，本文所述的每个实施方案的多个方面(相互排斥的那些除外)可组合以产生具有所需特征的模块。
虽然多个模块实施方案已经在本文中描述或说明为在模块的堆叠内，但每个模块可用作单一模块。换句话说，连接至适当器件的单一模块(例如LGM供应和收集单元)可用于栽培和收集AP。换句话说，本文所述的多个模块实施方案可不依赖于其它模块适当地起作用。另外，虽然多个模块实施方案已经在本文中描述或说明为单一模块，但应了解单一模块可并入模块堆叠中。
图52A-52C说明根据一个实施方案的生物量定量单元5200。在一些实施方案中，生物量定量单元5200可与第二垂直管道3292流体连通。在一些实施方案中，所收集的AP可经由第二垂直管道3292转移至分离单元3240，接着经由泵送单元3245至生物量定量单元5200。在一些实施方案中，如图52A-52C所示，分离单元3240的至少一部分可包括于生物量定量单元5200内。
所收集的AP连同LGM一起可经由入口管5204递送至生物量定量单元5200中的容纳室5202中。在其中分离单元3240的至少一部分包括于生物量定量单元5200内的实施方案中，容纳室5202和/或连接至容纳室5202的泵管5206可包括一个或多个用于分离LGM与AP的过滤器5201。换句话说，容纳室5202和/或与至少一个过滤器5201组合的泵管5206可用作分离单元。在一些实施方案中，入口阀5205可控制LGM和AP至容纳室5202中的流动。
在一些实施方案中，在稳态操作下，入口管5204可经由子通道3291或3293连接至底部模块3220-1(描述于图32中)。在一些实施方案中，生物量定量单元5200可经由泵管5206与存储单元3260或液体生长介质来源3265流体连通。在一些实施方案中，LGM可在由泵5208提供的压力下或由于重力经由LGM流动通过泵管5206被冲洗通过过滤器5201和容纳室5202。泵管5206可包括用于控制LGM和/或AP在泵管5206内的流动的泵阀5207。冲洗过滤器5201和具有LGM的容纳室5202迫使污染、粒子、碎片和无活力水生植物进入容纳室5202中。沉淀或悬浮于LGM中的污染、粒子、碎片和无活力水生植物可接着被发送至修改单元3250中用于去除。如果LGM需要进行替换，那么泵5208可停止并且阀5205和5207可分别阻断来自入口管5204和至泵管5206的流动。当阀5205和5207闭合时，出口阀5213可打开以允许具有积聚的污染粒子、碎片和无活力水生植物的LGM从容纳室5202经由修改单元3250流动至第一排出口通道3299a。
容纳室5202可包括用于增加有活力的AP的再浮动速率和浮动AP层的聚集的容器5203。在浮动AP已经积聚于容纳室5202中之后，入口阀5205可闭合并且泵5208可经由泵管5206递送新鲜LGM至容纳室5202中，由此使所有浮动AP上升至测量管5210中(参看图52B)。在一些实施方案中，泵5208可控制新鲜LGM的流动，使得浮动AP在预定量的时间内保持在测量管5210内。在这一预定量的时间期间，测量器件5214可测量分离的AP的植物浮动体积(PFV)。在一些实施方案中，泵5208可不使浮动AP悬浮于测量管5210中，而是持续地推动分离的AP通过测量管5210。在所述实施方案中，测量器件5214可配置成当浮动AP移动通过测量管5210时测量浮动AP的PFV。在一些实施方案中，测量器件5214可包括能够测量通过测量管5210的光的吸光度和/或透射和/或从测量管5210内的AP反射的光的光学器件。在一些实施方案中，测量器件5214可包括光度计和/或照相机。
在测量管5210中测量PFV之后，泵5208可用额外LGM冲洗测量管5210，由此经由转移管5216将分离的AP转移出生物量定量单元5200。在一些实施方案中，转移管5216与收集阀3275流体连通；收集阀3275与收集单元340和生长装置3200连通(参看图32)。在用LGM冲洗测量管5210之后，保持在生物量定量单元5200内的LGM可通过打开出口阀5213经由出口管5212去除(参看图52C)。
在一些实施方案中，生物量定量单元5200的操作由控制单元370控制。在一些实施方案中，控制单元370可配置成读取由测量器件5214收集的数据并且计算在测量管5210内的分离的AP的PVF。PFV的计算可由控制单元370用于监测并且控制生长装置和/或生物反应器内的生长条件。作为一个非限制性实例，控制单元370可配置成通过监测PFV的改变来监测一个模块或一组模块内的生长速率。由于阀(如阀3830和4230)是配置成每个收集操作收集相对相同量的AP和LGM(由于孔口3834和4242的固定大小)，在一个或多个收集操作中收集的AP和LGM的相对量可提供与模块、生长装置或生物反应器内的生长速率有关的信息。例如，在最佳生长条件期间，来自单一模块的单一收集操作可产生具有x mL的PFV的分离的AP。如果来自单一模块的单一收集操作的PFV开始降至低于x mL，那么这可发送信号，即所述模块内的生长速率小于最佳。控制单元370可配置成随时间推移监测单一模块的PFV并且基于PFV值调节所述模块内的生长条件。
除了调节模块内的生长条件以外或作为替代，控制单元370可配置成改变收集操作的时间安排。例如，如果单一模块的PFV随时间推移降低，那么控制单元370可增加针对所述模块的收集操作之间的时间以便优化每个收集操作所收集的AP的量。同样，如果单一模块的PFV随时间推移增加，那么控制单元370可降低针对所述模块的收集操作之间的时间。
此外，生物量定量单元5200内PFV的测量允许控制单元370监测模块、生长装置和/或生物反应器的总输出。总输出允许控制单元370追踪所捕捉并且收集的AP的量并且提供与模块、生长装置和/或生物反应器的效率有关的信息，所述信息可用于优化模块、生长装置和/或生物反应器的操作。
使用生物量定量单元5200执行的在线PFV测量提供优于传统方法的显著优势，所述传统方法通过取样、接着对粒子计数和/或对离线样品的干燥生物量称重来测量所收集的AP的量。首先，在线PFV测量提供与正在收集的AP的量有关的实时值。实时信息促进问题和/或错误的快速识别并且允许这些问题或错误快速地进行纠正。其次，在线有活力PFV测量去除了对离线干燥和测量器件的需要，所述器件可为昂贵并且耗时的。第三，在线PFV测量可在维持水生植物的活力的条件下执行，因此使得能够继续其测量后栽培。例如，在PFV测量之后，控制单元370可使AP的所收集部分返回模块、生长装置或生物反应器用于进一步栽培。例如，与其收集具有低PFV的潜在不成熟植物，可将不成熟植物再引入至模块中用于进一步栽培和生长。第四，在线PFV测量无需使所述植物在溶液中悬浮并且均质化来进行精确取样。第五，在线PFV测量无需对分立植物计数。第六，在线PFV测量无需从所述溶液完全分离生物量，所述完全分离可难以标准化，然而为精确湿重测量所必需。
在水生植物的情况下，本发明人已经发现在相同水生植物的湿浮动形式、湿形式(即，不浮动)和干燥形式之间的线性关系。这种关系的细节在下文中参考图53-55B描述。
如图53中所说明，有活力的植物将在管内的LGM上浮动。如果所述管的直径和浮动的AP的高度已知，那么可测量这团浮动的AP的体积。所述PFV体积与水生植物的湿重(WW)具有线性关系。图54示出说明芜萍属的PFV与WW之间的线性关系的图。所述PFV体积还与水生植物的干重(DW)具有线性关系。图55A和55B分别示出说明球形芜萍(Wolffia globosa)和无根芜萍(Wolffia arrhiza)的PFV与DW之间的线性关系的图。因而，PFV测量提供与所收集的生物量的量有关的精确测量并且可用于计算WW和DW值。不受限于此，本发明人相信这些线性关系可归因于围绕每个水生植物的“包膜”或“壁”。这种“包膜”或“壁”可足够刚硬以维持分立植物的球形几何形状，因此当植物积聚时维持针对植物的每个体积单位的恒定密度，类似于罐中的大理石。
在一些实施方案中，控制单元370可在存储器中存储关于任何类型的水生植物的这些关系并且使用所述关系来确定所收集的AP的一部分的DW和/或WW。
图56-58说明根据多个实施方案的灭菌单元5600、5700和5800。所述灭菌单元可显著地减少或防止在出口或入口点处生物反应器310的污染，在所述点处所述生物反应器的至少一个组件可暴露于外部环境。所述灭菌单元在所述出口或入口处提供灭菌空气的连续层流(“气帘(air curtain)”)。这种“气帘”防止不想要的污染经由所述出口或入口进入所述生物反应器。在一些实施方案中，所述灭菌单元包括极少的移动部件并且不包括复杂机构。移动部件和复杂机构的缺乏会降低失效的机会并且增加所述单元的坚固性。在一些实施方案中，灭菌单元可作为生物反应器310中的其它单元的一部分形成。例如，如下文所论述，灭菌单元5700和5700可作为输出单元360的一部分形成。虽然图56-58示出灭菌单元的具体实施方案，但所述灭菌单元可用于防止经由位于生物反应器上的任何入口或出口对生物反应器的污染。
图56示出用于防止在生物反应器310的出口单元360的出口5616处的不合需要的污染的灭菌单元5600。灭菌单元5600可连接至出口管5614并且出口5616配置成向用户递送食品、药用物质、美容物质、化学物质或其它适用产品。灭菌单元5600可包括可操作性地连接至周围空气的气泵5602、HEPA过滤器5604、空气供应管5606以及生物量供应管5610。
在一些实施方案中，气泵5602和HEPA过滤器5604也可与向用于培养水生植物的模块3220供应空气的空气供应3230结合使用。从生物反应器(例如生物反应器310)外部泵送的空气使用HEPA过滤器5604灭菌，接着进入空气供应管5606。生物量(即AP和/或LGM)可经由生物量供应管5610从收集单元340或处理单元350供应至输出单元360/灭菌单元5600。阀5612可用于控制所收集和/或处理的生物量至输出单元360/灭菌单元5600中的流动。
如图56所示，空气供应管5606、生物量供应管5610以及出口管5614在结5608处会合。在一些实施方案中，空气供应管5606、生物量供应管5610以及出口管5614在具有“Y”配置的结5608处会合，其中空气供应管5606和生物量供应管5610相对于彼此以角度θ定向。优选地，θ为约45°或更小。45°或更小的角度会促进在结5608处生物量和空气的层流。
流经结5608的空气和生物量一起沿出口管5614向下朝向出口5616流动。空气和生物量通过结5608并且沿出口管5614向下的流动会产生“气帘”，其阻止任何污染经由出口5616进入生物反应器。出口管5614的长度可进行调节以考虑到最高空气流动速率，同时仍维持从结5608至出口5616的控制、统一、层流。所述空气层流在生物量流入结5608中并且通过出口5616之前、期间以及之后为连续的。空气流动速率可受到控制并且可在从收集单元340或处理单元350递送的生物量的批量之间改变。控制单元370可控制空气和/或生物量的流动，使得其以层流、定向、统一并且控制方式一起流动。
图57示出用于防止在生物反应器(例如生物反应器310)的输出单元360的出口5716处的不合需要的污染的灭菌单元5700。图57中的输出单元360可配置成经由出口管5714和出口5716递送食品、药用物质、美容物质、化学物质或其它适用产品至位于桌面5722上的杯5720中。灭菌单元5700可包括气泵5702、HEPA过滤器5704、空气供应管5706以及生物量供应管5710。气泵5702、HEPA过滤器5704、空气供应管5706以及生物量供应管5710与上文参考图56描述的气泵5602、HEPA过滤器5604、空气供应管5606以及生物量供应管5610相同或相似并且具有相同功能和特征。
如图57所示，气泵5702、HEPA过滤器5704、阀5712、收集单元340以及生物反应器的其它部分或全部可容纳于在外壳表面(例如桌面)5722下面的外壳内。虽然表面5722在图57中示出，但生物反应器可容纳于其它合适机壳内，如但不限于在壁后面、在条形机壳内、在地板下面或部分地或完全地在任何其它合适机壳内。
生物量(即AP和/或LGM)可经由生物量供应管5710和阀5712从收集单元340供应至输出单元360/灭菌单元5700。与图56相似，空气供应管5706、生物量供应管5710以及出口管5714在具有“Y”配置的结5708处会合，其中空气供应管5706和生物量供应管5710相对于彼此以角度θ定向。优选地，θ为约45°或更小。
图58示出用于防止在与生物反应器的修改单元3250缔合的第一排出口通道3299a处的不合需要的污染的灭菌单元5800。灭菌单元5800可包括气泵5802、HEPA过滤器5804、空气供应管5806以及生物量供应管5810。气泵5802、HEPA过滤器5804、空气供应管5806以及生物量供应管5810与上文参考图56描述的气泵5602、HEPA过滤器5604、空气供应管5606以及生物量供应管5610相同或相似并且具有相似功能和特征。
生物量(即AP和/或LGM)可经由生物量供应管5810和阀5812从修改单元3250供应至灭菌单元5800。与图56相似，空气供应管5806、生物量供应管5810以及出口管5814在具有“Y”配置的结5808处会合，其中空气供应管5806和生物量供应管5810相对于彼此以角度θ定向。优选地，θ为约45°或更小。当LGM和/或AP从生物反应器被排出时，灭菌单元5800会产生“气帘”，其阻断任何污染经由第一排出口通道3299a进入生物反应器。
图1-58中所示的本发明的一个或多个方面或其任何部分或功能可使用其上存储有指令的硬件、软件模块、固件、有形的计算机可读介质或其组合执行并且可在一种或多种计算机系统或其它处理系统中执行。
图59说明一种示例性计算机系统5900，其中实施方案或其部分可作为计算机可读代码执行。例如，分布系统2600或生物反应器系统300的部分(如控制单元2612、2614和370或网络380)可在计算机系统5900中使用其上存储有指令的硬件、软件、固件、有形的计算机可读介质或其组合执行并且可在一种或多种计算机系统或其它处理系统中执行。
如果使用可编程逻辑，那么所述逻辑可在市面上有售的处理平台或特殊目的器件上执行。所属领域的技术人员可了解所公开的主题的实施方案可用多种计算机系统配置实施，所述计算机系统配置包括多核多处理器系统、小型计算机和大型计算机、链接或集群有分布式功能的计算机以及可嵌入于实质上任何器件中的通用或微型计算机。
例如，至少一种处理器器件和存储器可用于执行上文所述的实施方案。处理器器件可为单一处理器、多个处理器或其组合。处理器器件可具有一个或多个处理器“核”。
本发明的多个实施方案可按照这种示例计算机系统5900来描述。在阅读这一描述之后，对相关领域的技术人员来说将变得显而易知的是，如何使用其它计算机系统和/或计算机体系结构来执行本发明的一个或多个。尽管操作可描述为依序过程，但一些操作实际上可平行地、并行地和/或在分布环境中执行，并且其中程序代码局部地或远程地存储用于由单处理器或多处理器机器存取。另外，在一些实施方案中，操作的顺序可重排而不偏离所公开的主题的精神。
处理器器件5904可为特殊目的或通用处理器器件。如相关领域的技术人员应了解，处理器器件5904也可为多核/多处理器系统中的单一处理器，此类系统单独或以在集群或服务器群组中操作的计算器件的集群操作。处理器器件5904连接至通信基础设施5906，例如总线、消息队列、网络或多核消息传递方案。
计算机系统5900还包括主存储器5908，例如随机存取存储器(RAM)，并且还可包括辅助存储器5910。辅助存储器5910可包括例如硬盘驱动器5912或可移动存储驱动器5914。可移动存储驱动器5914可包括软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、闪速存储器等。可移动存储驱动器5914以众所周知的方式从可移动存储单元5918读取和/或写入可移动存储单元5918。可移动存储单元5918可包括软盘、磁带、光盘等，其由可移动存储驱动器5914读取和写入。如相关领域的技术人员应了解，可移动存储单元5918包括计算机可用存储介质，所述介质中存储有计算机软件和/或数据。
计算机系统5900(任选地)包括显示器接口5902(其可包括输入和输出器件，如键盘、鼠标等)，所述接口从通信基础设施5906(或从未示出的帧缓存器)转送图形、文本和其它数据用于在显示器单元5930上显示。
在替代执行方案中，辅助存储器5910可包括用于允许计算机程序或其它指令加载至计算机系统5900中的其它类似构件。所述构件可包括例如可移动存储单元5922和接口5920。所述构件的实例可包括程序盒和盒式接口(如在视频游戏器件中所见的那种)、可移动存储器芯片(如EPROM或PROM)和相关联插口，以及允许软件和数据从可移动存储单元5922被转移至计算机系统5900的其它可移动存储单元5922和接口5920。
计算机系统5900还可包括通信接口5924。通信接口5924允许软件和数据在计算机系统5900与外部器件之间进行转移。通信接口5924可包括调制解调器、网络接口(如以太网卡)、通信端口、PCMCIA插槽和卡等。经由通信接口5924转移的软件和数据可呈信号的形式，所述信号可为能够由通信接口5924接收的电子、电磁、光学或其它信号。这些信号可经由通信路径5926被提供至通信接口5924。通信路径5926载运信号并且可使用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝式电话链路、RF链路或其它通信信道来执行。
在本文件中，术语“计算机程序介质”和“计算机可用介质”用于一般地指如可移动存储单元5918、可移动存储单元5922和安装在硬盘驱动器5912中的硬盘的介质。计算机程序介质和计算机可用介质还可指存储器，如主存储器5908和辅助存储器5910，其可为存储器半导体(例如，DRAM等)。
计算机程序(还称为计算机控制逻辑)被存储于主存储器5908和/或辅助存储器5910中。计算机程序还可经由通信接口5924接收。所述计算机程序在执行时使得计算机系统5900能够实施如本文论述的实施方案。具体说来，所述计算机程序在执行时使得处理器器件5904能够实施此处论述的实施方案的过程。因此，所述计算机程序表示计算机系统5900的控制器。在所述实施方案使用软件来实施时，软件可存储在计算机程序产品中并且使用可移动存储驱动器5914、接口5920和硬盘驱动器5912或通信接口5924来加载至计算机系统5900中。
本发明的实施方案还可针对计算机程序产品，其包含存储在任何计算机可用介质上的软件。所述软件当在一种或多种数据处理器件中执行时使数据处理器件如本文所述进行操作。本发明的实施方案可采用任何计算机可用或可读介质。计算机可用介质的实例包括但不限于主存储器件(例如，任何类型的随机存取存储器)、辅助存储器件(例如，硬盘驱动器、软盘、CD ROM、ZIP盘、磁带、磁存储器件以及光学存储器件、MEMS、纳米技术存储器件等)。
应了解，详述部分而非概述和摘要部分意图用于对权利要求书进行解释。概述和摘要部分可阐明如本发明人所构想的本发明的一个或多个但非所有的示例性实施方案，并且因此，并不意图通过任何方式对本发明和所附权利要求书进行限制。
本发明已经在上文中借助于说明规定功能的实施和其关系的功能性结构单元加以描述。为便于描述，本文中已经任意地界定这些功能性结构单元的边界。只要适当地执行规定功能和其关系，就可界定替代边界。
具体实施方案的前文描述将充分地披露本发明的一般特性，以使得其他人通过应用本领域中的知识，在无不当实验且不偏离本发明的一般概念的情况下，可轻易地针对各种应用对所述具体实施方案进行修改和/或调适。因此，基于本文呈现的教导和指导，所述调适和修改意图在所公开的实施方案的等效物的含义和范围内。应了解，本文的措辞或术语是出于描述而非限制的目的，以使得本说明书的术语或措辞应由熟练技术人员根据教导和指导进行解释。
本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施方案限制，而应仅根据以下权利要求书和其等效物定义。
本申请中的权利要求书不同于原申请或其它相关申请的那些。本申请人因此撤回了在原申请或与本申请有关的任何先前申请中提出的权利要求范围的任何弃权。因此建议审查员可能需要再访问所消除的任何所述先前弃权和引用的参考文献。此外，还提醒审查员在本申请中提出的任何弃权均不应被读入原申请中或违背原申请读入。
Claims (12)
1.一种用于监测水生植物的系统，所述系统包括：
用于生长水生植物的生物反应器，所述生物反应器包括生长单元，所述生长单元包括光源和模块，所述模块包括被配置成容纳一定体积的水生植物的底壁和侧壁；
一个或多个图像传感器，其耦合到所述生物反应器；
处理器，其与所述一或多个图像传感器通信且被配置为：
从所述一个或多个图像传感器接收所述水生植物的多个图像；
对所述多个图像执行图像处理以确定所述多个图像中的每一个图像中的多个水生植物中的每一个水生植物的多个物理特性；
基于所述多个水生植物中的每一个水生植物的所确定的物理特性对所述多个图像中的所述多个物理特性中的每一个物理特性进行评分；
基于所述多个物理特性中的每一个物理特性的评分确定所述水生植物的状态；以及
基于确定的所述水生植物的状态来控制所述生物反应器的操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个物理特性选自由以下各项组成的群组：所述水生植物的形状、所述水生植物的大小、所述水生植物的色素、所述水生植物的纹理、所述水生植物的色调、所述水生植物的色素沉着强度、所述水生植物的色素沉着中的颜色分布或所述水生植物的透明度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个图像包括透射穿过所述水生植物的光的图像和从所述水生植物反射的光的图像。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过调整所述生物反应器中的所述水生植物的生长条件来控制所述生物反应器的操作。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述生长条件包括以下中的至少一个：光级、光谱、光间隔、温度、肥料要素含量、水含量、蒸气压、湿度、pH、离子浓度、氧浓度、CO2含量、水生植物密度、气流、生长溶液流量以及水生植物流量。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个物理特性中的每一个是基于所述水生植物的至少一个参数来确定的。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述至少一个参数选自由以下各项组成的组：所述水生植物的表面积、所述水生植物的密度、由所述水生植物吸收的光的量、从所述水生植物的表面反射的光的波长和密度、透射通过所述水生植物的光的波长和密度以及在所述反射或透射光中所述波长和密度的分布。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述水生植物包括以下各者中的至少一者：紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属或芜萍属。
9.一种用于生长水生植物的生物反应器，所述生物反应器包括：
一种用于生长水生植物的生长单元，所述生长单元包括光源和模块，所述模块包括被配置成容纳一定体积的水生植物的底壁和侧壁，并且所述水生植物包括以下中的至少一个：紫萍属、少根紫萍属、浮萍属、扁平无根萍属或芜萍属；
一个或多个图像传感器；以及
控制单元，被配置为：
从所述一个或多个图像传感器接收所述水生植物的多个图像，所述多个图像包括在一段时间内拍摄的一系列图像；
对所述多个图像执行图像处理以确定所述多个图像中的每一个图像中的多个水生植物中的每一个水生植物的多个物理特性，所述多个物理特性选自由以下各项组成的组：所述水生植物的形状、所述水生植物的大小、所述水生植物的色素、所述水生植物的纹理、所述水生植物的色调、所述水生植物的色素沉着强度、所述水生植物的色素沉着中的颜色分布或所述水生植物的透明度；
基于所述多个水生植物中的每一个水生植物的所确定的物理特性对所述多个图像中的所述多个物理特性中的每一个物理特性进行评分；
基于所述多个物理特性中的每一个物理特性的评分确定所述水生植物的状态；以及
基于确定的所述水生植物的状态来控制所述生物反应器的操作。
10.一种监测生物反应器中的水生植物的方法，所述方法包括：
执行所述水生植物的多个图像的分析，其中所述分析包含：
从耦合到生物反应器的一个或多个图像传感器接收多个图像，生物反应器包括生长单元，生长单元包含光源和模块，模块包括被配置成容纳一定体积的水生植物的底壁和侧壁，以及
对所述多个图像执行图像处理技术以确定所述多个图像中的每一个图像中的多个水生植物中的每一个水生植物的多个物理特性；
基于所述多个水生植物中的每一个水生植物的所确定的物理特性对所述多个图像中的所述多个物理特性中的每一个物理特性进行评分；
基于所述多个物理特性中的每一个物理特性的评分确定所述水生植物的状态；以及
基于确定的所述水生植物的状态来控制所述生物反应器的操作。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态是所述水生植物的生长期，并且其中所述生长期是以下之一：延滞期、指数期、稳定期、衰亡期或任何中间期。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述水生植物是浮动的水生植物。
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