CN114980730A - 闭环、加压和无菌、受控微环境栽培 - Google Patents

Abstract

提供了一种受控和无菌的植物种植系统，其包括：植物板，其包括多个孔，所述多个孔的大小和形状被设置为容纳植物的茎；覆盖物，其大小和形状被设置成封闭和密封所述植物板的顶侧，以维持所述覆盖物内部的无菌状态；空气出口，所述空气出口位于所述覆盖物的顶部；壳体，其大小和形状被设置成封闭和密封所述植物板的底部，以维持所述壳体内部的无菌状态；空气进入通道，所述空气进入通道具有朝向上方的开口，所述空气进入通道位于所述植物板的顶侧，所述空气进入通道被设计成提供进入所述覆盖物内部的层流气流，其中，所述孔的大小和形状被设置成当容纳所述植物的茎时，提供从所述覆盖物到所述壳体的空气流。

Description

闭环、加压和无菌、受控微环境栽培

相关申请

本申请要求2019年11月26日提交的.第62/940,260号美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

本发明的技术领域和背景技术

在本发明的一些实施例中，本发明涉及受控环境农业(Controlled-EnvironmentAgriculture，CEA)，更具体地，但不排他地，涉及气培自主系统。

受控环境农业(CEA)旨在优化植物种植条件以改善植物生长，同时最大限度地减少种植植物所需的资源量。气培法是在空气或雾气环境中种植植物的过程，而不需要使用土壤或团聚体介质(aggregate medium)。

发明内容

根据第一方面，一种受控和无菌的植物种植系统，包括：植物板，其包括多个孔，每个孔的大小和形状被设置为容纳植物的茎；覆盖物，其大小和形状被设置成封闭和密封所述植物板的顶侧，以维持所述覆盖物内部的无菌状态；多个空气出口(air outlet)，其位于所述覆盖物的顶部；壳体，其大小和形状被设置成封闭和密封所述植物板的底部，以维持所述壳体内部的无菌状态；多个空气进入通道(air inlet channel)，其具有朝向上方的开口，所述多个空气进入通道位于植物板的顶侧，所述多个空气进入通道被设计成提供进入覆盖物内部的层流气流(laminar air flow)，其中，所述多个孔中的每一个的大小和形状被设计成当容纳植物的茎时提供从覆盖物到壳体的空气流(air flow)。

在第一方面的另一个实施形式中，还包括：至少一个过滤器，用于消除气味和/或去除污染物，所述至少一个过滤器在从所述覆盖物内部排出的空气的空气排空通道内，连接到所述覆盖物外部的所述空气出口；和/或在被输送到所述覆盖物内部的空气的空气进入通道内并在进入所述覆盖物之前，连接到所述空气进入通道。

在第一方面的另一实施形式中，还包括：可拆卸采样盒，其具有污染物捕获装置，所述污染物捕获装置捕获在所述壳体的内部和/或所述覆盖物的内部的污染物的样品，所述污染物指示未能维持其中的无菌状态。

在第一方面的另一实施形式中，还包括位于所述壳体内的低压排放阀，所述低压排放阀设置成处于在环境空气压力与所述覆盖物内部的目标空气压力之间的压力。

在第一方面的另一实施形式中，还包括空气输送系统，所述空气输送系统与所述多个空气进入通道和所述多个空气出口连通，所述空气输送系统通过使空气在所述多个空气进入通道、所述覆盖物和所述多个空气出口内循环而以闭环模式进行操作。

在第一方面的另一实施形式中，还包括多个覆盖物、相关联的多个植物板和相关联的多个壳体，所述空气输送系统与所述多个覆盖物的每一个中的相应多个空气进入通道和多个空气出口连通。

在第一方面的另一实施形式中，其中单个空气输送系统包括单个空气出口管(airoutlet tube)，所述单个空气出口管与所述多个覆盖物的每一个中的多个空气出口连接，所述单个空气输送系统包括单个空气进入管，所述单个空气进入管与所述多个覆盖物的所述多个空气出口中的每一个连接。

在第一方面的另一实施形式中，所述空气输送系统被设置成经由所述多个空气进入通道将空气流模式输送到所述覆盖物中，所述空气流模式根据所述空气流模式和暴露于所述空气流模式的目标类型植物的目标属性(target profile)之间的关联性来选择。

在第一方面的另一个实施形式中，所述目标属性包括选自以下的至少一种：所述目标类型植物的目标生物学，所述目标类型植物的目标生理学和所述目标类型植物的目标形态。

在第一方面的另一个实施形式中，一种或多种：(i)所述目标类型的植物选自：大麻(cannabis)、转基因植物、蔬菜(vegetable)、绿叶(green leaves)和香草(vanilla)，(ii)所述目标生物学选自：蛋白质表达、激素表达和化学特性，(iii)所述目标生理学选自：蒸腾作用、生长速率、产量和顶端控制(apical control)、植株形状、大小、叶片数量和分枝数。

在第一方面的另一实施形式中，所述多个空气进入通道的间距和/或数量和/或位置模式根据以下预测来选择：即目标类型的植物暴露于出自所述多个空气进入通道的所述间距和/或数量和/或间距模式的空气流模式时获得目标属性。

在第一方面的另一实施形式中，空气输送系统维持所述覆盖物内的空气压力高于所述壳体的空气压力，并维持所述壳体的空气压力高于环境空气压力。

在第一方面的另一个实施形式中，还包括多个流体进入通道和流体出口，所述多个流体进入通道具有用于输送流体的灌溉进料器，所述多个流体通道位于所述植物板的底侧，并且所述多个流体进入通道的开口朝向下方，并且所述流体出口位于所述壳体的底部。

在第一方面的另一实施形式中，还包括多个流体进入通道和流体出口，所述多个流体进入通道具有用于输送流体的灌溉进料器，所述多个流体进入通道位于所述壳体的内表面内，并且所述多个流体进入通道的开口朝向上方，并且所述流体出口位于所述壳体的底部。

在第一方面的另一实施形式中，还包括流体输送系统，所述流体输送系统与所述多个流体通道和所述流体出口连通，所述流体输送系统通过使流体在所述多个流体进入通道、所述壳体和所述流体出口内循环而以闭环模式进行操作。

在第一方面的另一实施形式中，还包括多个覆盖物、相关联的多个植物板和相关联的多个壳体，所述流体输送系统与所述多个壳体的每一个中的相应多个流体进入通道和多个流体出口连通。

在第一方面的另一实施形式中，单个流体输送系统包括单个流体流出管，所述单个流体流出管与所述多个壳体的每一个中的所述多个流体进入通道连接，所述单个流体输送系统包括与所述多个壳体的每个流体出口连接的单个流体进入管。

在第一方面的另一实施形式中，所述多个流体进入通道的间距和/或数量和/或间距模式根据所述多个流体进入通道的间距和/或数量和/或间距模式与暴露于由所述流体进入通道输送的流体的植物目标属性之间的关联来选择。

在第一方面的另一实施形式中，还包括：第一组覆盖物传感器，其位于所述覆盖物内，用于监测所述覆盖物的内部；以及第二组壳体传感器，其位于所述壳体内，用于监测所述壳体的内部；以及控制器，其使用从所述第一组传感器获得的数据来独立地监测所述覆盖物内的环境，并且使用从所述第二组传感器获得的数据来独立地监测所述壳体内的环境，并且还包括多个覆盖物、相关联的多个植物板和相关联的多个壳体，它们连接到中央空气输送系统和/或中央流体输送系统，并且还包括第三组传感器，所述第三组传感器用于在中央空气输送系统和/或中央流体输送系统处进行监测，位于中央空气输送系统和/或中央流体输送系统的入口和/或出口处。

在第一方面的另一实施形式中，所述控制器根据所监测的第一组传感器，独立地控制至少一个覆盖物环境控制系统的多个覆盖物参数，以控制所述覆盖物内的环境；根据所监测的第二组传感器，控制至少一个壳体环境控制系统的多个壳体参数，以控制所述壳体内的环境；并且控制所述中央空气输送系统的至少一个空气输送参数和/或控制所述中央流体输送系统的至少一个流体输送参数，其中所述至少一个空气输送参数包括不同类型的空气输送的调度，并且所述至少一个流体输送参数包括不同类型的流体输送的调度。

在第一方面的另一实施形式中，所述至少一个覆盖物环境控制系统和所述至少一个壳体环境控制系统选自：控制空气流的空气流控制器、控制温度的加热器、控制温度的空气调节器、控制输送空气中的氧气量的补充氧源、控制输送空气中的二氧化碳浓度的补充二氧化碳源、控制输送空气中的湿度的加湿器、控制由灯照明的光控制器、以及控制输送流体的组成和/或调度的水调节系统。

在第一方面的另一实施形式中，所述多个覆盖物参数选自：空气流、换气(airchange)、温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、压力、照明、湿度、空气组成和空气纯度，并且所述多个壳体参数选自：温度、压力、照明、湿度、污染物、氧气浓度、二氧化碳浓度、灌溉水盐度、水pH、营养物组成、营养物pH和营养物盐度。

在第一方面的另一实施形式中，所述第一组传感器选自：温度、湿度、二氧化碳、空气压力、成像和光强度，并且所述第二组传感器选自：温度、湿度、空气压力和灌溉流速。

在第一方面的另一实施形式中，所述第一组传感器位于所述板的顶侧，并且所述第二组传感器位于所述板的底侧。

在第一方面的另一实施形式中，还包括照明系统和控制器，所述照明系统产生用于照亮所述覆盖物内部的光，所述照明系统位于所述覆盖物的外部，并且所述控制器控制所述照明系统，以产生被预测为多个目标类型的植物提供所需的目标属性的照明模式。

在第一方面的另一实施形式中，所述壳体包括沿着所述壳体的至少一部分内周边的细长凹槽，所述细长凹槽的大小和形状被设置成容纳所述植物板的厚度，并能够将所述植物板插入所述覆盖物中和从所述覆盖物中取出。

在第一方面的另一实施形式中，还包括至少一个垫圈，所述至少一个垫圈用于密封所述植物板，以与所述覆盖物隔开，并且与所述壳体隔开。

在第一方面的另一实施形式中，所述壳体的大小和形状被设置成装配在包括多个支架的支架结构上，每个支架被设计成容纳相应的壳体。

在第一方面的另一实施形式中，所述覆盖物由非刚性材料制成，当所述覆盖物内的空气压力被设定为高于所述壳体内的空气压力且高于环境空气压力的目标空气压力时，所述非刚性材料形成预定形状，并且当所述覆盖物内的空气压力低于所述环境空气压力时，所述覆盖物被设计成由所述预定形状塌陷。

根据第二方面，一种用于受控植物生长的单片植物板，包括：具有厚度、顶表面、底表面和多个孔的单片植物板(monolithic plant board)，每个所述孔的大小和形状被设置为容纳植物的茎；所述单片植物板的顶表面的大小和形状被设置为封闭和密封覆盖物的底侧，以维持所述覆盖物内部的无菌状态；所述植物板的底表面的大小和形状被设置为封闭和密封壳体的顶侧，以维持所述壳体内部的无菌状态；多个空气进入通道，其集成在所述单片植物板内，所述多个空气进入通道具有朝向上方的开口，所述多个空气进入通道位于植物板的顶侧，所述多个空气进入通道被设计成提供进入所述覆盖物内部的层流气流。

在第二方面的另一个实施形式中，还包括：多个流体通道，其集成在所述单片植物板内，所述多个流体通道具有用于输送流体的灌溉进料器，所述多个流体通道位于所述单片植物板的底侧，并且所述多个流体通道的开口朝向下方，朝向位于所述壳体内部的植物的根部。

在第二方面的另一个实施形式中，还包括：第一组传感器，其用于监测所述覆盖物的内部，所述第一组传感器位于所述单片植物板的顶侧并集成在所述单片植物板内；第二组传感器，其用于监测所述壳体的内部，所述第二组传感器位于所述单片植物板的底侧并集成在所述单片植物板内。

在第二方面的另一实施形式中，所述单片植物板的所述多个空气进入通道的间距和/或数量和/或位置模式根据以下预测进行选择：目标类型的植物暴露在出自所述多个空气进入通道的间距和/或数量和/或间距模式的空气流模式而获得目标属性。

根据第三方面，一种用于受控植物生长的单片植物板，包括：具有厚度、顶表面、底表面和多个孔的单片植物板，每个所述孔的大小和形状被设置为容纳植物的茎；所述单片植物板的顶表面的大小和形状被设置为封闭和密封覆盖物的底侧，以维持所述覆盖物内部的无菌状态；所述单片植物板的底表面的大小和形状被设置为封闭和密封壳体的顶侧，以维持所述壳体内部的无菌状态；以及多个流体通道，其具有用于输送流体的灌溉进料器，所述多个流体通道位于所述单片植物板的底侧，并且所述多个流体通道的开口朝向下方，朝向位于所述壳体内部的所述单片植物板下方的植物根部。

根据第四方面，一种调节用于受控植物生长的多个参数的设备，包括：至少一个硬件处理器，其执行用于以下操作的代码：将目标类型的多个植物所需的目标属性输入到机器学习模型中，所述多个植物具有相同的基因序列，所述多个植物具有相同的基因序列；将由多个第一传感器感测的覆盖物内部的多个覆盖物参数输入到所述机器学习模型中，其中所述多个第一传感器位于所述覆盖物中，所述覆盖物被密封，以与周围环境和与壳体隔开；将由多个第二传感器感测到的壳体内部的多个壳体参数输入到所述机器学习模型中，其中所述多个第二传感器位于壳体内，所述壳体被，以密封与所述周围环境和与所述覆盖物隔开；将由至少一个第三传感器感测到的至少一个环境系统的多个环境系统参数输入到所述机器学习模型中，所述至少一个第三传感器位于所述至少一个环境系统内、之前和/或之后，所述至少一个环境系统控制所述壳体和/或所述覆盖物内的环境，以及根据所述机器学习模型的结果，调节控制所述多个覆盖物参数和/或所述多个壳体参数和/或所述多个环境系统参数的所述至少一个环境控制系统，用于将所述多个覆盖物参数和/或所述多个壳体参数和/或所述多个环境系统参数维持在为获得在所述覆盖物和所述壳体内种植的所述多个植物的目标属性而选择的目标要求。

在第四方面的另一个实施形式中，所述目标属性包括选自以下的至少一个：所述目标类型植物的目标生物学，所述目标类型植物的目标生理学和所述目标类型植物的目标形态。

在第四方面的另一个实施形式中，一种或多种：(i)所述目标类型的植物选自：大麻、转基因植物、蔬菜、绿叶和香草，(ii)所述目标生物学选自：蛋白质表达、激素表达和化学特性，(iii)所述目标生理学选自：蒸腾作用、生长速率、产量和顶端控制，(iv)目标形态选自：植物形状、大小、叶片数量和分枝数。

在第四方面的另一实施形式中，还包括生成训练数据集(dataset)，对于多个样品植物中的每个相应样品植物而言，所述训练数据集包括表示以下的标签：所测量的所述相应植物的属性；与所述相应样品植物相关联的所述多个覆盖物参数；与所述相应样品植物相关联的所述多个壳体参数；以及所述环境系统参数；以及在所述训练数据集上训练所述机器学习模型。

在第四方面的另一实施形式中，所述训练数据集进一步存储标签，所述标签为在获得所述相应的多个覆盖物参数、所述相应的多个壳体参数和所述环境系统参数时，指示在所述多个植物的生长季节期间的多个时间间隔的一时间间隔的标签；并且其中所述机器学习模型接收输入数据，所述输入数据为在获得所述多个覆盖物参数和所述多个壳体参数时，所述生长季节期间的某一时间间隔的指示作为输入数据；并且针对所述某一时间间隔进行调节。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。下文描述了示例性方法和/或材料，但是与本文所述的方法和材料类似或等同的方法和材料可用于本发明实施例的实践或测试中。在冲突的情况下，以专利说明书(包括定义)为准。此外，材料、方法和实施例仅是说明性的，而不是必须进行限制。

本发明实施例的方法和/或系统的实施可以涉及手动、自动或其组合地执行或完成选定的任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的实施例的实际仪器和装备，可以使用操作系统通过硬件、通过软件或通过固件或通过它们的组合来实现几个选定的任务。

例如，用于执行根据本发明实施例的所选任务的硬件可以被实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明实施例的所选任务可以被实现为由使用任何适当操作系统的计算机执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施例中，根据本文描述的方法和/或系统的示例性实施例的一个或多个任务由数据处理器执行，诸如用于执行多个指令的计算平台。任选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储器，例如，磁硬盘和/或可移动介质。任选地，还提供网络连接。还任选地提供显示器和/或诸如键盘或鼠标的用户输入设备。

附图的几个视图的简要说明

本文仅通过实例并参考附图来描述本发明的一些实施方式。现在详细地具体参考附图，强调的是，所示的细节是通过示例的方式，并且是为了对本发明的实施例进行说明性的讨论。在这一点上，结合附图进行的描述对于本领域的技术人员来说，如何实践本发明的实施例是显而易见的。

在附图中：

图1是根据本发明一些实施例的用于受控和/或无菌植物生长的植物种植模块的示意图；

图2A是根据本发明的一些实施例的使用机器学习(ML)模型的结果的方法的流程图，所述机器学习模型用于调整被预测生成目标类型植物的目标属性的受控植物生长的参数；

图2B是根据本发明的一些实施例的生成ML模型的方法的流程图，所述ML模型用于调整被预测为生成目标类型植物的目标属性的受控植物生长的参数；

图3是根据本发明一些实施例的包括计算设备的系统的部件的框图，所述计算设备用于控制植物种植模块的覆盖物和/或壳体和/或一个或多个环境控制系统的内部环境的环境参数；

图4A-4B是根据本发明的一些实施例的用于将空气输送到一个或多个覆盖物内部的示例性空气输送系统的示意图；

图5是根据本发明的一些实施例的用于将流体输送到一个或多个壳体内部的示例性流体输送系统的示意图；

图6是描述根据本发明的一些实施例的单片植物板的多个布置的示意图；

图7是描述根据本发明一些实施例的连接到公共中央控制器和/或公共中央电源的一组多个植物种植模块的侧视图的示意图；和

图8是描述根据本发明一些实施例的多组植物种植模块的示意图，每组所述植物种植模块连接到相应的公共中央控制器和/或公共中央电源。

本发明的具体实施方式

在一些实施例中，本发明涉及受控环境农业(CEA)，更具体地，但不排他地，涉及气培自主系统。

本发明的一些实施例的一个方面涉及一种使在其中生长的植物和/或其他生长物，例如医用大麻、蔬菜、水果、花卉、草药、真菌藻类和/或昆虫实现受控和/或无菌生长的系统(例如植物种植室)。该植物种植室任选地由植物板(plant board)(其包括容纳植物茎的孔)、被设计成封闭和密封该板的顶侧的覆盖物(cover)、以及被设计成封闭和密封该板的底侧的壳体(casing)组装而成，其在覆盖物内提供密封和/或分离的内部用于植物的冠层，并且在壳体内提供密封和/或分离的内部用于植物的根部。覆盖物的内部(本文中有时称为冠层环境)和壳体的内部(本文中有时称为根部环境)可以由传感器独立地监测和/或任选地在控制器的控制下由相应环境控制系统独立地控制。这些内部可以被密封以提供无菌状态。覆盖物和/或冠层的密封和/或分离的内部以目标化(objecting)和/或可再现的方式进行控制，以在相应的环境内提供目标参数。

任选地，将空气流通道输送到空气输送系统和/或从空气输送系统输送空气流通道的部件被设计成提供层流气流(laminar air flow)。具有朝向上方的开口的空气进入通道位于植物板的顶侧。空气进入通道被设计成输送层流气流。出口可以位于覆盖物的顶部，以从覆盖物的内部除去空气。例如，与不可预测的湍流空气流相比，层流气流可以被再现和/或选择。

任选地，控制器基于由传感器进行的测量来控制环境控制系统，以提供覆盖物和/或壳体的内部参数的目标值，所述目标值被预测为提供在植物种植模块中种植的目标类型植物的目标属性。

本发明的一些实施例的一个方面涉及一种单片植物板，其被设计成与壳体和/或覆盖物连接，用于产生密封的和/或无菌的内部，这些内部为其中种植的植物提供受控的和/或选择的和/或可再现的环境。该单片植物板包括具有容纳植物茎的孔的板，并且与一个或多个或所有以下子部件集成在一起(例如，通过注射成型、3D打印或其它用于制造单片结构的方法制成)：空气进入通道，其被设计成提供进入覆盖物内部的层流气流；流体通道，其具有用于将流体输送到壳体内部的灌溉进料器；以及一个或多个传感器，用于感测壳体和/或覆盖物的内部。

本发明的一些实施例的一个方面涉及用于调整被预测为提供目标类型植物的目标属性的植物种植室参数的系统、方法、装置、控制器和/或代码指令(存储在存储器上并且可由一个或多个硬件处理器执行)。选择为目标类型植物(其中植物具有相同的基因序列(例如，相同的DNA))设计的目标属性，用于选择经训练的ML模型，和/或将其输入到经训练的ML模型中。由传感器感测的覆盖物的内部参数、壳体的内部参数和/或环境系统的参数被输入到经训练的ML模型中。基于经训练的ML模型的结果来调节环境控制系统，以获得和/或维持参数在为获得在覆盖物和壳体内种植的植物的目标属性而选择的目标值(例如，在一定范围内)。在至少一些实施方式中，训练ML模型和/或将数据馈送到ML模型的程序组合了来自传感器的环境参数，这些环境参数组合了来自实时成像系统的生理参数和表型参数。

至少一些装置、系统、方法和/或代码指令(例如，存储在存储器中并且可由一个或多个硬件处理器执行)解决了提高在气培自主系统中种植的植物的数量和/或质量的技术问题。本文所述的至少一些装置、系统、方法和/或代码指令解决了获得在气培自主系统中种植的植物的目标属性的技术问题。本文所述的至少一些装置、系统、方法和/或代码指令通过使植物能够生长数量和/或质量更高而改进了气培自主系统的技术。本文所述的至少一些装置、系统、方法和/或代码指令通过使植物能够生长出具有目标属性而改进了气培自主系统的技术。

在本文所述的至少一些实施方式中，对技术问题的解决和/或对气培自主系统的改进是通过覆盖物、板和壳体的设计来提供的，所述设计提供了覆盖物的内部被密封，以与外部环境和/或与壳体的内部隔开，和/或提供了壳体的内部被密封，以与覆盖物的内部和/或与外部环境隔开。该密封可以使壳体内部和/或覆盖物内部中能够保持无菌环境，该无菌环境保护种植的植物免受疾病，和/或能够调节覆盖物环境和/或壳体环境以产生如本文所述的目标属性(例如，疾病的存在可能不利地影响植物，使得即使在选择和/或保持环境参数时也不满足目标属性)。如本文所述，该密封可以能够保持内部和外部环境之间的压力差。

在本文所述的至少一些实施方式中，对技术问题的解决和/或对气培自主系统的改进是通过在冠层环境中维持比在根部环境中更高的空气压力以及在根部环境中维持比环境压力更高的空气压力来提供的。压力差产生了从引入空气的冠层环境到根部环境，再流出到外部环境的空气流。该空气流减少和/或防止污染物从外部环境和/或从根部环境进入冠层环境，这可以在壳体和/或覆盖物的内部产生和/或保持无菌环境。例如，通过压力差防止(例如，降低可能性)根部环境中被引入到根部的水和/或营养物进入冠层环境并污染植物的冠层。空气流减少和/或防止污染物从外部环境进入根部环境。经由压力差引入到冠层环境中的材料(其流向根部环境)的量可以忽略。所描述的压力差相对于其它现有方法，例如根本不存在压力差，有所改进。

在本文所述的至少一些实施方式中，对技术问题的解决和/或对气培自主系统的改进是通过在冠层环境内，例如在植物板和/或冠层覆盖物上的空气流通道、入口和/或出口的定位和/或设计来提供的。该空气流通道、入口和/或出口被设计和/或定位成提供受控的层流气流，从冠层环境的底部(即，从植物板的顶部)朝向冠层环境的顶部(即，朝向冠层覆盖物的顶部定位的出口)。将入口朝向植物所处位置的冠层环境的底部放置，改善了对存在于植物冠层上的空气通道出口的空气流的控制。例如，将层流空气引入植物的冠层。然后，层流空气在流过植物的冠层之后变成湍流(或保持层流)，然后进入位于朝向冠层环境上部的出口。现有方法中，例如其中层流气流未被考虑并且最可能是湍流、空气流是湍流、空气流是循环的、和/或空气流从覆盖物的进一步远离植物冠层的顶部引入的其他现有方法中，空气流不能被控制和/或空气流以湍流的状态到达冠层，相比之下，本发明层流气流提供了改进的控制。此外，如本文所述，在植物的冠层附近引入的层流气流是均匀的和/或可重复的，使得能够精确控制和/或选择空气流，以便获得植物的目标属性。相反，现有的方法没有考虑到与植物冠层周围产生有益环境相关的空气进入位置和/或空气流方向和/或空气流类型(例如，湍流)。

在本文所述的至少一些实施方式中，对技术问题的解决和/或对气培自主系统的改进是通过独立控制冠层环境的环境参数和独立控制根部环境的其它环境参数来提供的。对于植物的根部和冠层，每个相应的环境独立地被优化，这改善了植物的总体生长。

在本文所述的至少一些实施方式中，对技术问题的解决和/或对气培自主系统的改进是通过机器学习模型提供的，所述机器学习模型在根部环境和/或冠层环境内的多个环境参数上进行训练，任选地彼此独立地训练，并在指示于相应环境中的环境参数下获得的植物属性的地面真值标签(ground truth label)上训练。

在本文所述的至少一些实施方式中，对技术问题的解决和/或对气培自主系统的改进是通过植物板的单片设计来提供的，该设计能够使板上的部件(例如，空气进入通道、流体通道、传感器、灌溉进料器)精确放置，其中部件在板上的位置不能改变。板的部件的精确定位增大了对种植在板上的植物的种植条件的控制能力，以获得可再现的和/或精确的种植条件，以获得可再现的目标属性，如本文所述。

在本文所述的至少一些实施方式中，对技术问题的解决和/或对气培自主系统的改进是通过将照明系统放置在覆盖物、壳体和/或植物板外部的设计来提供的。例如，与在其它标准方法中进行的将灯放置在种植植物的室内的设置相反，从外部照明系统进入覆盖物的光和/或热被更精确地控制。

在由本公开的发明人进行的实验中，在封闭的设施(室内)处，对两种状态(state)的不同种植者的相同品种进行采样。在整个年度作物周期中，在同一实验室中对每一农民的产品(干燥后的花朵)的属性分析进行测试。发明人发现，即使是同一个农民使用相同的遗传物质(相同的植物，犹如它们取自相同的遗传来源)，也会出现属性的巨大差异。这些差异也出现于在相同生长周期中的不同植物之间，甚至在单一植物中。农民之间的差异包括总体集中度和集中度比率两者的较大差异。各个农民的产品中的主要差异在于萜烯的组成和浓度。也就是说，即使基因相同，种植条件的微小变化也会影响最终的属性。换句话说，可以通过不同的生长方案获得不同的属性。发明人发现，例如，根据经训练的ML模型的结果，通过选择和/或控制根部环境和/或冠层环境中的种植条件，可以获得种植植物所需的目标属性，如本文所述。

现在讨论已解决的技术问题的其他解释：

受控环境农业(CEA)是允许植物种植者全年维持适当的光、二氧化碳、温度、湿度、水、pH水平和/或营养物以生产作物的方法。在受控环境农业中，重点在于充分利用空间、劳动力、水、能量、营养物和资本。受控环境农业允许植物种植者减少害虫或疾病的发生，提高总体效率，节约资源，甚至回收物，如水或营养物等物质。

与CEA可能特别相关的领域的一个示例是城市栽培(Urban Cultivation)。城市化导致农田损失，与此同时，到2050年需要养活的人口将增加20亿，届时90亿人口中约70％是城市人口，而今天这一比例为50％。需求增长的程度是不确定的，但估计比2006年生产的作物卡路里多高达70％。使问题更加严重的是，预期气候变化会导致农场产量损失。因此，农业面临着以可持续方式增加生产水平的挑战。增加城市粮食生长产量可显著有助于应对这些挑战。

与CEA可能相关的另一个领域是植物源药物(Plant-Made Pharmaceuticals，MPM)。植物制备的药物(PMP)是将生物技术创新地应用于植物，以使这些植物能够产生治疗性蛋白质的结果，这些治疗性蛋白质最终可用于对抗疾病，例如癌症、心脏病、囊性纤维化、糖尿病、HIV和阿尔茨海默病。植物源药物生产受到食品和药品管理局(FDA)和美国农业部(USDA)的严格要求的监管。此外，PMP公司采用了指导原则，以确保整个行业的行为准则统一。制造商已经开发了涵覆盖物PMP的生产和处理的所有方面的标准程序，从预种植到输送植物材料或衍生自植物材料的产品进行加工。

在本文所述的至少一些实施方式中，可以通过设置冠层环境和/或根部环境的环境参数，任选地基于经训练的ML模型的结果，如本文所述，来选择和/或控制PMP的植物的目标属性。

目前估计全球大麻市场为145亿美元，预计到2024年将增长至891亿美元，增长率为37％。这一市场的全球趋势是转向利用先进的技术方法，以实现高质量和可重复性，同时降低生长过程的成本和更好地利用产品。消费者和制药、化妆品、食品和饮料公司对工业生产的具有优异质量和高可重复性的大麻的需求日益增长。因此，现今的大麻种植者希望改进和升级他们的种植过程以应对市场趋势。

目前，大麻种植者面临如下的许多困难：

1.感染——每年由于各种感染如霉菌、真菌和细菌等而损毁价值数千万美元的库存。这些感染也对大麻消费者造成真正的医学风险。在本文所述的至少一些实施方式中，根部环境和/或冠层环境与外部环境隔离，从而降低和/或防止感染风险。

2.对农业周期的依赖——种植者被迫等到一个农业周期(3-4个月)结束后才能知道种植是否成功并满足客户要求。这种情况阻止了种植者在生长周期期间实时调整生长方案，并且由于他们仅在农业周期结束时才出售产品，因此还损害了他们的现金流管理。在本文所述的至少一些实施方式中，可以通过设置冠层环境和/或根部环境的环境参数，任选地基于经训练的ML模型的结果，如本文所述，来选择和/或控制大麻的植物目标属性。

3.无法管理风险和质量控制——现今的农业在一定意义上类似于“传统”耕种，它是基于经验而不是研究。这使得农民无法以损害产品质量并可能产生健康危害的方式来实施质量控制程序。此外，由于难以将风险管理与当前的农业方法相结合，因此几乎不存在风险管理。

4.作物难以连续种植——每隔3至4个月周期性地进行作物种植。部分由于缺乏监测、缺乏远程控制和人力限制，因此不能连续种植和生产。在本文所述的至少一些实施方式中，控制冠层环境和/或根部环境的参数，使得能够连续种植和/或生产。

5.成本增加——例如，种植大麻涉及大量费用，例如电力和昂贵的设备购买。这些成本在全世界都在上升，并且许多种植者现在正在寻找减少成本的方法。在至少一些实施方式中，对冠层环境和/或根部环境的环境参数的控制优化了电力、空间和/或水，从而降低了成本。

6.无法满足市场需求——种植者通常专业于有限数量的品种。由于学习曲线很长并且需要几个种植周期才能达到足够的专业水平，因此很难满足新品种的市场需求。

7.GMP法规和标准成为进入工业市场的障碍——以制药、食品或化妆品等高水平制造为目标的种植者被迫投入数百万美元来升级其制造设施以满足所需的标准。

对于任何给定的植物物种和栽培品种，受控环境促进植物发育、健康、生长、开花和结果。在封闭或半封闭环境中，气培系统仅用含营养物的薄雾(mist)来滋养植物。冠层的根部由植物支撑结构分开。理想地，环境保持无害虫和疾病，使得植物可以比在培养基中种植的植物更健康、更快地生长。然而，由于大多数的气培环境并未完全与外界隔绝，害虫和疾病仍然可能造成威胁。在本文所述的至少一些实施方式中，冠层环境相对于根部环境具有较高压力，以及根部环境相对于环境压力具有较高压力，使得减少或防止害虫和/或疾病进入冠层和/或根部环境。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明在其应用中不必限于以下描述中提出的和/或附图和/或实施例中说明的部件和/或方法的结构细节和布置。本发明能够具有其它实施例或者能够以各种方式实践或实现。

本公开的一些实施例可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质，用于使处理器执行本公开的各个方面。

计算机可读存储介质可以是有形设备，其能够保持和存储由指令执行设备使用的指令。计算机可读存储介质可以是，例如，但不限于，电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备、或前述的任何合适的组合。

本文所述的计算机可读程序指令可从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或经由网络(例如，因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到外部计算机或外部存储设备。

计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户的计算机上和部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者连接到外部计算机(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令，以使电路个性化，从而执行本公开的各个方面。

本文参考根据本公开的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个块，以及流程图和/或框图中的块的组合可以由计算机可读程序指令来实现。

附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个块可以表示模块、区段或部分指令，该部分指令包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，在块中所注明的功能可以不按图中所注明的顺序发生。例如，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图的每个块，以及框图和/或流程图中的块的组合，可以通过基于专用目的硬件的系统来实现，该系统执行指定功能或动作或进行专用目的硬件和计算机指令的组合。

术语“植物”和“幼苗”在下文中可以互换使用。

术语“特性(characteristic)”和“属性(profile)”在下文中可以互换使用。

术语“多孔板”、“板”、“生长板”、“面板”、“生长盒”和“幼苗盒”在下文中可以互换使用。

术语“种植模块(growing module)”、“生长模块(growth module)”、“气培生长模块”、“气培模块”和“模块”在下文中可以互换使用。

术语“管路”、“导管”、“管”、“通道”、“隧道”和“管道”在下文中可以互换使用。

术语“快速连接器(quick connector)”和“迅捷连接器(fast connector)”在下文中可以互换使用。

术语“出口开口”和“抽吸开口”在下文中可以互换使用。

术语“灯具(light fixture)”、“照明器材(lighting fixture)”和“照亮器材(illumination fixture)”在下文中可以互换使用。

术语“组织培养繁殖中心”、“组织培养生殖中心”、“繁殖中心”、“生殖中心”、“组织培养繁殖设施”、“生殖设施”和“繁殖设施”在下文中可以互换使用。

术语“生长中心”和“生长设施”在下文中可以互换使用。

术语“隔室”和“腔室”在下文中可以互换使用。

术语“生长隔室”、“营养隔室(vegetative compartment)”、“第一隔室”、“冠层隔室”和“成长隔室”在下文中可以互换使用。

术语“第二隔室”、“根部隔室”和“气培隔室”在下文中可以互换使用。

术语“空气冷却单元”和“空气冷却单体(cell)”在下文中可以互换使用。

术语“种植者”、“农民”和“育种者”在下文中可以互换使用。

现在参考图1，图1是根据本发明的一些实施例的用于受控和/或无菌植物生长的植物种植模块150(本文中也称为植物种植室150)的示意图。植物种植模块150可以用于例如生长植物在受控环境中的气培法、水培法和/或其它方法。还参考图2A，图2A是根据本发明的一些实施例的使用机器学习(ML)模型的结果的方法的流程图，该模型用于调整预测产生目标类型植物的目标属性的受控植物生长的参数。还参考图2B，图2B是根据本发明的一些实施例的产生ML模型的方法的流程图，所述ML模型用于调整被预测产生目标类型的植物的目标属性的受控植物生长参数。还参考图3，图3是根据本发明的一些实施例的系统300的部件的框图，系统300包括计算设备310(本文中有时称为控制器)，用于控制植物种植模块(本文中也称为植物种植室)304的覆盖物302A和/或壳体302B的内部环境和/或一个或多个环境控制系统314的内部环境的环境参数。还参考图4A-4B，图4A-4B是根据本发明的一些实施例的用于将空气输送到一个或多个覆盖物的内部的示例性空气输送系统460的示意图。还参考图5，图5是根据本发明的一些实施例的用于将流体(例如，水，灌溉流体)输送到一个或多个壳体的内部中的示例性流体输送系统560的示意图。还参考图6，图6是描述根据本发明的一些实施例的单片植物板652的多种布置的示意图。还参考图7，图7是根据本发明的一些实施例的连接到公共中央控制器702和/或公共中央电源704的多个植物种植模块770的组750的侧视图示意图。还参考图8，图8是根据本发明的一些实施例的多个植物种植模块组750的示意图，每个植物种植模块组750连接到相应的公共中央控制器702和/或公共中央电源704。

现在返回参考图1，植物种植模块150的部件被设计成为植物的冠层(可以与术语营养部分互换)——本文中有时也被称为冠层环境100(可以与术语营养环境互换)，以及为植物的根部——本文中有时也被称为根部环境101，创建单独的和/或独立监测的和/或无菌的和/或独立控制的环境。冠层环境和根部环境可以相对于彼此是密封的并且相对于外部环境是密封的。任选地，在植物的茎与植物的茎所处的植物板102的孔的内表面之间提供有限的空间，例如，以提供从冠层环境到根部环境的空气流以用于压力调节，如本文所述。独立监测和/或独立控制冠层环境和根部环境中的每一个使得能够跨同一遗传源的植物和跨一年中的生长周期进行标准化，任选地产生植物的目标组合物，如本文所述。

植物种植模块150包括植物板102；覆盖物106，其大小和形状被设置成封闭和密封植物板102的顶侧；以及壳体103，其大小和形状被设置成封闭和密封植物板102的底部。覆盖物106可以被设计成在其内部提供和/或维持无菌状态。壳体103可以被设计成在其内部提供和/或维持无菌状态。

植物板102包括孔，每个孔的大小和形状被设置成容纳植物的茎。任选地，其中每个孔的大小和形状均设置成当容纳植物的茎时提供从覆盖物106到壳体103的流体(例如，空气)流。可替代地，孔被设计成在植物的茎周围被密封，以密封覆盖物106和壳体103之间的流体流，例如，包括密封件、橡胶环和/或海绵。孔的直径可以是例如约1-4cm，或约2-3cm，或其它值。孔可以位于例如平行的行中，例如6行5个孔，或3行10个孔，或其它组合。如本文所述，可以选择孔的布置以增加获得目标属性的可能性。可替代地或另外地，板102包括专用于提供从覆盖物106的内部到壳体103的内部的空气流的孔。这种专用孔不用于植物。专用孔的直径可以小于被设计成容纳植物茎的孔。

板102的尺寸可以是例如约1米×1米、或约50厘米(cm)×1米，或根据例如其中生长的所需植物的数量、植物的密度、控制覆盖物106和/或壳体103内的环境的能力而选择的其它尺寸。板的厚度可以是例如2-5cm、或1-3cm、或3-6cm，或其它范围。壳体103和/或覆盖物106的尺寸对应于板102的尺寸，以组装植物种植模块150，如本文所述。

板102可以由例如塑料和/或不锈钢制成。任选地，板102由可被灭菌和/或灭菌的非吸附性材料(non-abosorbable material)制成，以降低污染物风险。

植物的冠层位于覆盖物106的内部100内，本文中有时也称为冠层环境100。植物的茎位于壳体103的内部101内，在本文中有时也称为根部环境101。

在一些实施例中，植物种植模块150可以通过将植物板102放置在位于壳体103的上部区域的任选的凹槽(indentation)104上来进行组装。凹槽104可以是沿着壳体103的至少一部分内周边的细长凹槽。细长凹槽104的大小和形状可以被设计成容纳植物板102的厚度，并且能够将植物板插入覆盖物106和/或从覆盖物106中取出。板103可形成可插入到凹槽104中的抽屉的底部，当完全插入时，该抽屉将壳体103的内部密封，以与覆盖物106的内部隔开。

覆盖物106将其内部与外部环境隔离。在板102被组装和密封之后，覆盖物106可以被紧固到壳体103上，例如通过垫圈105、通过橡胶、夹扣(clasper)和/或在覆盖物106的内部和壳体103的内部与周围环境之间产生空气隔离的其它部件。覆盖物106的内部与覆盖物106的内部的隔离产生了相对于外部周围环境具有超高压的冠层和/或根部环境。

任选地，板102可以最初(即，在通过连接到壳体103和/或覆盖物106而被组装之前)用袋子包裹，以保持其中种植的幼苗与环境污染物隔离。可以设置一个或多个刀具，以便在组装该板时撕裂袋子。任选地，当板从壳体103和/或覆盖物106移除和/或拆卸时，用一个或多个片材包裹植物板，以使收获产品与环境保持隔离。袋子和/或片材可以包括一种或多种抗微生物剂。

覆盖物106可以包括开口，例如门和/或密封拉链，其允许打开以接近植物。例如，该开口用于插入该板，该开口在整个生长阶段保持关闭，除非在紧急情况或作物破坏的情况下。这是为了避免内部条件的变化，例如植物的冠层周围的空气流。

覆盖物106的大小可以设计成具有大约1立方米的内部容积或任何其它大小。

任选地，壳体103的大小和/或形状适于装配在包括多个支架的支架结构上。每个支架被设计成容纳相应的壳体103。支架结构被设计成容纳多个植物种植模块150。如本文所述，多个植物种植模块150可以被集中控制。

覆盖物106可以放置在壳体103上。可替代地或另外地，覆盖物106被设计成装配在壳体103的凹槽104内。可选地或另外地，覆盖物106的底部区域包括凹槽104。植物板102放置在覆盖物106的凹槽上。壳体103可以装配到覆盖物106的凹槽104中。

任选的垫圈105任选地沿着凹槽104定位，可以在壳体103的内部101和覆盖物106的内部100之间形成密封(任选地针对流体流例如空气和/或水的密封)。

凹槽104的深度可以根据板104的厚度和/或覆盖物106的厚度和/或壳体103的厚度来确定，以便围绕垫圈105产生密封，例如，大约2-7cm、或大约2-5cm、或其它值。

覆盖物106包括开口(例如，在靠近板102的底部区域上)，以容纳多个空气进入通道111，从而将空气提供到覆盖物106的内部。覆盖物106可以包括套筒开口(sleeveopening)，该套筒开口包裹空气供应管和/或通过夹具和/或通过快速连接器密封。空气进入通道111提供来自空气供应设备的经处理过的空气。

空气进入通道111可包括位于板102顶侧的一个或多个空气通道(例如，管，管道)。空气进入通道111可包括一个或多个朝向上方的开口。空气进入通道111和/或其它空气部件可以被设计成提供进入覆盖物106的层流气流，例如，具有平滑的内表面和/或较小的直径和/或受控的空气流输送速率(例如，升/分钟)，以降低湍流空气流的风险。空气进入通道111可以由柔性和/或刚性材料制成，例如皮革和/或塑料。例如，基于空气开口的间距和/或数量和/或位置模式与暴露于空气流模式的植物的目标属性之间的关联，可以选择空气开口的间距和/或数量和/或位置模式，以提供可重复的和/或受控的空气流。例如，空气开口可以以等距离、不等距离或梯度距离设置，从而导致沿着空气进入通道(套筒)的均匀或不均匀的空气流。空气流的模式可以根据植物的数量和/或根据植物的需要而变化并进行调整(即，不同的植物类型或植物数量将产生不同的空气分配需求，如本文所述)。

覆盖物106包括多个空气出口107，空气通过空气出口107存在于覆盖物106的内部。经由空气进入通道111输送到覆盖物106内部的空气经由出口107存在于覆盖物106的内部。空气出口117可以连接到一个或多个流出单元(例如，泵)，所述流出单元将空气从覆盖物106的内部抽吸到空气供应系统。

任选地，低压排放阀116位于壳体103内。低压排放阀116可以被设定成在环境空气压力和覆盖物106的目标空气压力之间的目标压力。

由空气输送系统(如本文所述)输送的示例性空气流如下：空气经由空气进入通道111的开口进入覆盖物106的内部。覆盖物106内部的一些空气通过空气出口107流出覆盖物106。覆盖物106内部的其它空气通过板102的孔流入壳体103。当壳体103中的压力超过低压排放阀116的目标压力时，多余的空气经由低压排放阀116存在于壳体103中。所描述的示例性空气流和引导和/或输送空气流的部件有助于确保覆盖物106内部的压力保持高于壳体103内部的压力并且高于环境压力，并且壳体103内部的压力保持高于环境压力并且低于覆盖物106内部的压力。压力梯度可以有助于成为空气屏障，防止污染物、植物之间和/或外部环境之间的交叉污染和/或交叉授粉。此外，压力梯度可以用作空气锁(air lock)，防止或减少湿气和/或污染物沿向后方向流动、从外部环境到壳体103内部、和/或从壳体103内部到覆盖物106内部的可能性。

此外，压力梯度可以是可重复的和/或维持在期望的设定，例如，用于获得满足目标属性的植物，如本文所述。

任选地，植物种植模块150包括多个流体进入通道，所述流体进入通道将流体供应到灌溉进料器109(例如，雾化器、喷洒器、雾发生器和/或滴头)，以将流体(例如，具有任选的营养物的水)输送到壳体103的内部。任选地，流体通道和/或灌溉进料器109位于植物板102的底侧。流体进入通道和/或灌溉进料器109的开口可以朝向下方。可替代地或另外地，流体通道和/或灌溉进料器109位于壳体103的内表面上。流体进入通道和/或灌溉进料器109的开口可以朝向上方和/或朝向由壳体103的内部形成的根部环境的内部。

任选地，在植物种植模块150的气培实施方式中，每个灌溉进料器109(例如，雾化器)位于植物之间的中心处或大致位于植物之间的中心处，并且可以包括被分布使得根部具有均匀水环境的一个到多个出口喷嘴。对于其它实施方式，可以使用例如水培、喷洒器和/或滴头。

例如，可以基于灌溉进料器109的间距和/或数量和/或位置模式与暴露于流体流模式的植物的目标属性之间的关联，选择灌溉进料器109的间距和/或数量和/或位置模式以提供可重复和/或受控的流体流。例如，灌溉进料器109可以以等距离、不等距离或以梯度距离设置，从而导致沿着流体进入通道的均匀或不均匀的流体流。流体流的模式可以根据植物的数量和/或根据植物的需要而变化和调整(即，不同的植物类型或植物数量将产生不同的灌溉需求，如本文所述)。

任选地，流体出口112位于壳体103的底部，用于排出由灌溉进料器109输送的过量流体。当实施多个植物种植模块150时，相应的流体出口112可连接到中央排水管114。任选地，壳体103的形状被设计成使得流体出口112位于其局部点(local point)，例如，壳体103的底部是凹形的和/或锥形的。

任选地，灯113位于覆盖物106的外部，灯113例如，发光二极管、荧光灯、白炽灯。任选地，使用水冷却灯113。水有效地传递来自灯113的热量以被冷却和/或重新用于加热。这种布置有助于控制植物叶子上的温度，这可以是获得目标属性的重要参数。灯113可以包括每平方米的水冷式照明器材阵列(例如5、7、10、12或其他数量)。可以将产生3500k色温的板上芯片(COB)LED安装在照明器材113中。每个水冷式照明器材113可以在例如每小时50-75瓦或其它值下操作。发明人在实验中测量的灯113的温度大约为25摄氏度，这使得照明器材113被安装在距离覆盖物106小于10cm处，从而加强了对植物冠层的光通量，而影响覆盖物106内温度的风险很低。另外，与约75摄氏度的普通工作温度相比，低工作温度导致更高的效率。此外，通过冷却水从照明器材中除去的热量可用于加热供应到覆盖物106内部的空气。控制器可以调节灯113的以下一个或多个参数：强度、光谱和照明时间。

植物板102和/或壳体103可以由对光不透明的材料制成，以避免或减少光到达植物的根部。

覆盖物106可以由例如PVC、玻璃纤维和/或其组合制成。任选地，覆盖物106由非刚性材料制成，当覆盖物内的空气压力被设定成高于壳体内的空气压力和高于环境空气压力的目标空气压力时，覆盖物106形成预定的形状。例如，覆盖物106可以由柔性塑料制成，并且可以膨胀成正方形、矩形、圆形、椭圆形和/或其它形状，如球囊。当覆盖物106中的空气压力低于环境空气压力时，覆盖物106可从预定形状塌陷。当覆盖物106内的压力开始降低(例如，从覆盖物106的密封内部泄漏)但仍高于环境空气压力时，覆盖物106可能不完全塌陷，但会慢慢失去其形状，这向用户提供一种视觉指示，表明覆盖物106内的空气压力正在下降，和/或提供在压力下降到最小值之前的一个时间缓冲。可替代地，覆盖物106由刚性材料制成。

覆盖物106可以由例如不同类型的材料，具有或不具有开口的透明的、半透明的、一次性的和/或可重复使用的材料制成。

任选地，覆盖物106的顶部的至少一部分由超透明材料(例如，柔性的，硬的)制成，以使得由位于覆盖物106外部的灯113产生的光能够进入覆盖物106内部，例如，用于向植物提供光、对植物进行摄影、视觉监测。遮光屏可用于减少进入覆盖物106的阳光量。可替代地或另外地，可以使用智能材料，当施加电压、光和/或热时，智能材料的透光性质发生改变。

任选地，一个或多个环115连接到覆盖物106。环115可以为覆盖物106提供限定的形状，和/或可以用于升高和/或移除覆盖物106。任选地，覆盖物106包括骨架、不包括骨架、或者没有骨架但是具有从上方悬挂的环115，以便当覆盖物106由非刚性材料制成并且与空气供应断开时，防止覆盖物106塌陷在植物上。

任选地，一个或多个传感器111A-B位于壳体103和/或覆盖物106内。任选地，第一组传感器111A(本文中有时称为覆盖物传感器)位于覆盖物106内，用于监测覆盖物的内部。传感器111A任选地位于植物板102的顶侧。示例性传感器111A包括以下中的一个或多个：温度、湿度、二氧化碳、空气压力和光强度。可替代地或另外地，第二组传感器111B(本文中有时称为壳体传感器)位于壳体内，用于监测壳体的内部。传感器111B任选地位于植物板102的底侧。示例性传感器111B包括温度、湿度、气压和灌溉流速中的一个或多个。

任选地，每个传感器111A-B具有被集中以包束(bundle)传感器的馈入线和/或读出线。传感器导线可以被集中到一个公共电缆束中。公共电缆连接器可以通过螺钉或通过快速连接器紧固。连接器可以集成到板102和/或可以与板102分离和/或连接到板102。可替代地或另外地，传感器111A-B包括无线收发器，例如在物联网(IoT)实施中，例如通过网络无线地传输所收集的数据。

任选地，将尺寸对应于板102尺寸的网定位成横跨壳体103的内部，位于壳体103的底部与板102的底部之间。网可以由柔性、柔软和/或刚性材料制成。该网被设计成支撑根部和/或使根部能够穿过该网。

任选地，植物种植模块150包括具有污染物捕获装置的可移除采样元件180(例如，盒(cassette))，所述污染物捕获装置在壳体内部和/或覆盖物内部捕获到了污染物的样品，表明在它们中保持无菌状态失败。可移除的取样元件180可位于例如覆盖物106的壁中、壳体103的壁中和/或板102中。可替代地或另外地，采样元件180被实施为不可拆卸的传感器。任选地，将污染物的指示反馈到控制器，该控制器可以触发警报(例如，闪烁的灯光、给移动设备的消息、服务器中的日志条目)和/或试图通过调整环境系统来解决污染物问题，例如，检查覆盖物内的压力是否足够高。

现在返回参考图2A，在202，提供和/或训练ML模型。

可以提供和/或训练多个ML模型，例如，每个ML模型针对不同类型的植物进行训练。可以根据种植的植物类型从多个ML模型中选择一个ML模型。可替代地，针对多种不同类型的植物提供和/或训练单个ML模型，在这种情况下，植物类型可以作为输入数据提供到ML模型中。

任选地，针对目标类型植物所需的某种目标属性提供和/或训练一个或多个ML模型。可以根据种植的植物类型的目标属性从多个ML模型中选择一个ML模型。可替代地，针对某种类型植物和/或不同类型植物的多种不同目标属性提供和/或训练单个ML模型，在这种情况下，目标属性和/或植物类型可以作为输入数据提供到ML模型中。

参考图2B描述用于训练ML模型的示例性过程。

在204，可以接收目标类型的植物所需的目标属性，例如由用户选择(例如，经由用户界面，例如图形用户界面(GUI))、自动确定和/或从存储在存储器中的文件中获得，其中目标类型的植物生长在植物种植模块中，该植物种植模块包括连接到一个或多个环境控制系统、并且由传感器监测的覆盖物、壳体、植物板。可替代地，根据目标属性选择ML模型。

目标类型的植物具有相同的遗传序列。这些植物来自相同的遗传来源，并具有相同的遗传物质，例如相同的DNA序列。例如，来自经过R&D过程产生的亲本植物，其大部分或全部DNA是同源的，这个过程有时被称为稳定亲本。由于亲本是稳定的，所产生的F1后代是遗传均匀的，含有相同的遗传材料。植物可以都是同一等基因系，即来自同一亲本，具有与亲本相同的DNA。可替代地，植物在表达自己的基因处具有相同的遗传序列，在非编码区处具有不相似的遗传序列。可替代地或另外地，植物之间的遗传差异(例如DNA序列的差异)不显著，例如，不导致可测量的性状如表型、颜色、大小和病毒抗性的表达。

目标类型的植物的实例包括：大麻、转基因植物、蔬菜、绿叶、香草和/或基于定义的植物分类系统的其它植物。

目标属性可以基于可定量的和/或可测量的对象参数，例如通过质谱仪测量、化学分析、遗传分析、重量、高度、植物的数字图像的自动分析等的参数。

目标属性可以包括以下中的一个或多个：目标类型植物的目标生物学，目标类型植物的目标生理学和目标类型植物的目标形态学。

目标生物学的实例包括：蛋白质表达、激素表达、次级代谢物(例如，萜烯)的组成和浓度和属性。

目标生理学的实例包括：蒸腾作用、生长速率、产量和顶端控制。

目标形态学的实例包括：植物形状、大小、叶片数量和分枝数。

在206，获得由一个或多个传感器进行的测量。

示例性传感器和测量包括以下中的一个或多个：由位于覆盖物中的第一组传感器感测的覆盖物内部的覆盖物参数，所述覆盖物被密封以与周围环境和壳体隔开；由位于壳体中的第二传感器感测的壳体内部的壳体参数，所述壳体被密封以与周围环境和覆盖物隔开；以及由位于控制壳体和/或覆盖物内环境的至少一个环境系统内、之前和/或之后的一个或多个第三传感器感测的至少一个环境系统的环境系统参数。传感器测量可以包括植物的一个或多个波长的图像(例如，如本文所述)。

本文描述了示例性传感器、示例性参数和示例性环境系统。

在208，将从传感器获得的测量值输入到ML模型中。

任选地，将目标属性输入到ML模型中。可替代地，ML模型用于预先选择的目标属性。

任选地。植物的类型被输入到ML模型中。可替代地，ML模型用于预选类型的植物。

任选地，植物生长周期内的一时间间隔的指示被输入到ML模型中，例如，度日数(degree days)、从生长周期开始的当前天数和/或日历日(calendar day)。

在210，获得机器学习模型的结果。该结果可以是这样的指示，即用于调节控制覆盖物参数和/或壳体参数和/或环境系统参数的至少一个环境控制系统，用于将多个覆盖物参数和多个壳体参数维持在为获得在覆盖物和壳体内生长的多个植物的目标属性而选择的目标要求。

在212，可以基于ML模型的结果产生用于调整至少一个环境控制系统的指令，例如，可以例如由控制器产生输出信号和/或代码。

在214，根据指令来调节用于控制覆盖物参数和/或壳体参数和/或环境参数的至少一个环境控制系统。该调节用于将覆盖物参数和/或壳体参数和/或环境参数保持在为获得在覆盖物和壳体内生长的目标类型植物的目标属性而选择的目标要求。该目标要求可以表示相应的参数可以变化的容限范围(tolerance range)。

在216，参考206-214描述的一个或多个特征可以在多个时间间隔上迭代，例如每周、每天、每小时、或其它时间间隔，例如，根据植物类型和/或生长季节的长度。

在每次迭代中，机器学习模型接收在生长季节期间在获得覆盖物参数和/或壳体参数和/或环境参数时的当前时间间隔的指示作为输入数据。针对当前时间间隔执行调节。可替代地，对在多个时间间隔(例如，一周中一天一次)获得的参数产生时间序列，并将该序列输入到ML模型中。

现在返回参考图2B，在250，获得植物类型，其中所述植物在植物种植模块中生长，所述植物种植模块包括连接到一个或多个环境控制系统、并由传感器监测的覆盖物、壳体、植物板。可以存在多个相同类型和/或不同类型的植物。

在每个样品植物种植模块(即，如本文所述的组装的植物板、覆盖物和壳体的模块)内，所有植物可以是相同类型和/或具有相同的遗传材料(例如，来自相同来源的相同DNA)。

在252，对于每个样品植物种植模块，从由传感器进行的测量中获得覆盖物参数和/或壳体参数和/或环境参数，如本文所述。

在254，对于每个样品植物种植模块，创建表示在该模块中生长的一种或多种植物的测量属性的标签。

在256，其中252和254中的一个或多个可以在多个时间间隔中迭代，任选地在植物的生长季节中迭代。

对于每次迭代，获得指示样品植物生长季节期间的当前时间间隔的标签。当前时间间隔与所获得的参数(即，覆盖物、壳体和/或环境)和/或所测量的属性相关联。

应注意到，属性可以与参数同时测量，或者在与参数不同的时间测量。例如，属性可以在生长季节结束时进行测量，而参数在生长季节期间每天进行测量。

在258，生成训练数据集。训练数据集存储一个或多个记录，每个记录包括以下中的一个或多个：植物类型的指示、所测量的属性、壳体参数、覆盖物参数、环境参数、和/或生长季节期间的时间间隔。

训练数据集可以存储时间序列，例如，对于每个样品植物，在生长季节期间在多个时间间隔获得的参数和/或属性测量的时间序列。

在260，在训练数据集中训练机器学习模型。示例性ML模型包括：递归神经网络(RNN)、深层神经网络、其它神经网络架构(例如，完全连接、编码器-解码器、递归神经网络、单向和双向长短期记忆网络、门控递归单元网络、卷积)和/或其它架构，例如支持向量机(SVM)、逻辑回归、线性分类器、时间序列分类器(例如，ARIMA、SARIMA、SARIMAX和指数平滑)、k-最近邻、决策树、梯度提升、随机森林和上述的组合。可替代地或另外地，在本文中使用术语ML模型的情况下，ML模型可以用更简单的非ML模型方法，例如规则集、映射和/或手动用户调整，来替换和/或增强ML模型。任选地，本文所述的植物种植模块和控制器可以在没有ML模型和/或在非ML模型方法的情况下使用，例如，通过用户手动设置本文所述的所需参数，并且控制器将参数维持在容限范围内。

现在返回参考图3，植物板302C连接到覆盖物302A和/或壳体302B，如本文所述，例如，如参考图1所述的。计算设备310可以实施参考图2A-2B描述的方法，例如，通过处理器308执行存储在存储器312中的代码312A和/或312B,。中央计算设备310可以与多个植物种植模块304相关联。由计算设备310控制的一个或多个集中式环境控制系统314可以调整多个植物种植模块304的环境参数。

控制器310可以生成指令以控制多个环境控制系统。可替代地或另外地，一个或多个环境控制系统314包括其自己的控制器310，该控制器310例如基于与相应环境控制系统相关联的传感器数据来控制该相应环境控制系统。例如，空气流由空气流系统根据感测覆盖物302A和/或壳体302B内部的压力传感器来进行控制。

传感器316A监测覆盖物302A的内部。示例性传感器316A包括：空气流传感器、温度传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、压力传感器、照明传感器、湿度传感器、空气组成传感器和空气纯度传感器、和/或图像传感器(例如可见光、红外光、多光谱)。

传感器316B监测壳体302B的内部。示例性传感器316B包括：温度传感器、压力传感器、照明传感器、湿度传感器、污染物传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、灌溉水盐度传感器、水pH传感器、营养物组成传感器、营养物pH传感器、营养物盐度传感器和/或图像传感器(例如可见光、红/绿/蓝、热图像、近红外、远红外、紫外线，例如，在约200纳米至约2500纳米的范围内，例如，400-700纳米，和/或多光谱)。

传感器316C可以监测环境控制系统314和/或监测与环境控制系统314连接和/或关联的部件，例如，以下中的一个或多个：传感器316C可以位于环境控制系统314内以监测ECS 314，传感器316C可以位于ECS 314的入口处以监测进入ECS 314的输入物，和/或传感器316C可以位于ECS 314的出口处以监测ECS 314的输出物。

计算设备310接收由冠层传感器316A和/或根部传感器316B，例如通过有线、通过无线连接、通过物联网(IoT)网络连接、和/或通过网络感测到的测量结果。计算设备310可以通过从传感器316A获得的测量结果独立地监测覆盖物302A内部的环境，和/或通过从传感器316B获得的测量结果独立地监测壳体302B内部的环境。

覆盖物302A内部环境的参数的示例性值包括：压力为约30帕斯卡尺度(Pascal-gauge)，温度为约15-30摄氏度，相对湿度为约35-80％，二氧化碳浓度为约300-2000ppm，换气为约每分钟20-300次。

壳体302B内部环境的参数的示例性值包括：压力为约15帕斯卡尺度，温度为约24摄氏度，相对湿度为约90-100％，无光。

示例性环境控制系统314(ECS)包括空气过滤系统、灌溉系统、空气输送系统、温度控制系统、气压控制系统、采暖通风及空调(heating,ventilation and/or airconditioning，HVAC)和光控制系统。任选地，当覆盖物302A和壳体302B的内部基本上彼此隔离并维持在不同的设置，例如不同的压力、不同的光条件、不同的空气流和/或不同的温度时，一个或多个ECS 314被设置成控制覆盖物302A的内部或壳体302B的内部的环境参数。

控制覆盖物302A内部的至少一个环境参数的示例性ECS 314部件(本文中有时称为覆盖物环境控制系统)和/或控制壳体302B内部的至少一个环境参数的示例性ECS 314部件(本文中有时称为壳体环境控制系统)包括以下中的一个或多个：控制空气流的空气流控制器、控制温度的加热器、控制温度的空气调节器、控制输送空气中的氧量的补充氧源、控制输送空气中的二氧化碳浓度的补充二氧化碳源、控制输送空气中的湿度的加湿器、控制灯照明的灯控制器、以及控制输送流体的组成和/或调度的水调节系统。

由相应的ECS 314部件和/或计算设备310调节和/或调度的覆盖物302A内部的示例性环境参数(本文中有时称为覆盖物参数)包括空气流、换气、温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、压力、照明、湿度、空气组成和空气纯度。由相应的ECS 314部件和/或计算设备310调节和/或调度的壳体302B内部的示例性环境参数(本文中有时称为壳体参数)包括温度、压力、照明、湿度、污染物、氧气浓度、二氧化碳浓度、灌溉水盐度、水pH、营养物组成、营养物pH和营养物盐度。

计算设备310可以例如通过调整相应ECS 314部件的一个或多个参数和/或调度(schedule)相应ECS 314部件，来独立地控制用于控制覆盖物302A内部环境的覆盖物参数的ECS 314部件，和/或独立地控制用于控制壳体302B内部环境的壳体参数的ECS 314部件。例如，计算设备310通过空气输送系统控制空气输送的至少一个空气输送参数和/或调度不同类型的空气输送到覆盖物302A的内部，和/或控制至少一个流体输送参数和/或调度将流体输送到壳体302B内部的流体输送系统的不同类型流体输送。

将由冠层传感器316A和/或根部传感器316B感测的测量结果输入到ML模型306中，用于获得指示被预测为在植物种植室304中种植的植物中产生目标属性的环境参数值的结果。生成指令以维持和/或调节环境控制系统314，从而提供从ML模型306获得的环境参数的值。

任选地，环境控制系统包括空气输送系统，该空气输送系统根据由计算设备310产生的指令进行操作。控制器310可以例如基于由感测覆盖物302A内部和/或壳体302B内部的压力传感器测量的压力值，控制空气输送系统以维持覆盖物302A内的空气压力高于壳体302B内的空气压力，并且维持壳体302B的空气压力高于环境空气压力。可替代地或另外地，控制器310可以控制空气输送系统，以任选地经由本文所述的空气进入通道，将空气流模式输送到覆盖物302A中。空气流模式可以根据某种空气流模式与暴露于该空气流模式的植物目标属性之间的关联进行选择，空气流模式任选地作为由ML模型306生成的输出结果，如本文所述。

系统300可以包括代码指令312B，代码指令312B用于使用训练数据集318A训练ML模型306。训练代码312B可以存储在存储器312和/或数据存储设备318中。可替代地，ML模型306由另一计算设备(例如，服务器320)训练并通过网络322传输到计算设备310和/或通过网络322由计算设备310远程访问(例如，通过软件接口，例如应用编程接口(API)和/或软件开发工具包(SDK))。

在又一实施方式中，客户终端324可以充当用于调节环境控制系统314的控制器。ML模型由计算设备310执行，并且用于调整环境控制系统314的指令由相应的客户终端324(充当控制器)本地生成，客户终端324访问计算设备310的服务器实施(serverimplementation)以获得ML模型的结果。以这种方式，ML模型为每个相应的客户终端324集中计算环境参数，以获得在相应的植物种植室304种植的植物的目标属性(如本文所述)，并且每个相应的客户终端324可以为其自己的相关环境控制系统314本地生成其自己的指令集。

计算设备310可以被实现为例如客户终端、服务器、计算云、虚拟机、虚拟服务器、移动设备、台式计算机、瘦客户端、智能电话、平板电脑、膝上型电脑、可佩戴电脑、眼镜电脑和手表电脑。

可以实现基于计算设备310的系统300的多个架构。例如，计算设备310可以与植物种植室304集成，例如，计算设备310集成在植物种植室304内，例如，在植物种植室304的壁内和/或作为与植物种植室304的壁连接的盒子。在另一实施方式中，计算设备310可以被实现为例如经由电缆、连接器插槽、短程网络和/或网络322，与植物种植室304通信的专用设备。在另一示例性实施方式中，计算设备310可以被实现为一个或多个服务器(例如，网络服务器、web服务器、计算云、虚拟服务器)，该服务器通过网络322向一个或多个植物种植室304提供远程服务，和/或向远程客户端324提供远程服务，其中每个客户端324在本地与相应的植物种植室304通信和/或与相应的植物种植室304集成。在又一示例性实施方式中，计算设备310可以是用于其他目的的设备，其中在该设备上安装有代码312A以提供控制器功能，例如，种植者使用的智能电话。

硬件处理器308例如可以被实现为中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)和/或专用集成电路(ASIC)。处理器308可以包括一个或多个处理器(同构或异构)，其可以被安排用于并行处理、作为集群和/或作为一个或多个多核处理器。

存储器312存储可由处理器308执行的代码指令312A和/或312B。存储器312可以被实现为例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或存储设备，例如非易失性存储器、磁介质、半导体存储设备、硬盘驱动器、可移动存储器和光学介质(例如DVD、CD-ROM)。

任选地，计算设备310包括数据存储设备318和/或与数据存储设备318通信，例如，用于存储ML模型306，和/或用于存储训练ML模型306的训练数据集318A。数据存储设备318可以被实现为例如存储器、本地硬盘驱动器、可移动存储设备、光盘、存储设备和/或远程服务器和/或计算云(例如，使用网络连接来访问)。注意到，存储在数据存储设备318中的代码可以被加载到存储器312中以供处理器308执行。

任选地，计算设备310与用户接口328通信。用户接口328可以包括供用户输入数据(例如，选择所需的植物属性)和/或查看数据(例如，当前环境参数)的机制，例如，触摸屏、显示器、鼠标、键盘和/或具有语音识别软件的麦克风。用户界面328可以包括在显示器上呈现的图形用户界面GUI)。

任选地，计算设备310包括一个或多个网络和/或数据接口350，和/或与一个或多个网络和/或数据接口350通信，用于连接到网络322和/或连接到传感器316A-C和/或连接到ECS 314，例如，网络接口卡、连接到无线网络的无线接口、连接到电缆用于网络连接的物理接口、以软件实现的虚拟接口、提供更高网络连接层的网络通信软件、和/或其它实施方式中的一种或多种。网络和/或数据接口350可以被实现为例如基于物联网(IOT)的全栈解决方案，专有卡在其设计中集成了经由SIM卡的蜂窝G3 G4 G5传输。这使得每个系统300(例如，设备310)能够独立地(独立运行(standalone))并且直接地对计算云(例如，服务器320)进行工作和/或被监测，而与其在世界中的位置无关。在信息传输失败的情况下，并且为了保持数据完整性(例如，丢失任何数据点的记录)，在同一位置(例如，设施)的系统300(例如，设备310)可以自动地将数据传输到另外的(例如，相邻的)系统，其中该相邻系统被用作传输点(冗余)。数据冗余和/或控制器冗余(例如，经由云和/或相邻设备)在一个或多个位置处可以满足GMP(良好的制造规范)合规和/或提供风险管理，这需要数据完整性和/或备份系统。

计算设备310可以通过网络322访问计算云(例如，表示为服务器320)，以例如获得代码312A和/或312B和/或对相应代码的更新。计算装置3110可与计算云通信以用于其它数据传输。

网络322可以被实现为例如因特网、局域网、虚拟网络、无线网络、蜂窝网络、本地总线、点对点链路(例如有线)和/或前述的组合。

现在返回参考图4A-4B，图4A示出了将空气输送到一个或多个覆盖物的内部的部件。图4B示出了从一个或多个覆盖物的内部接收空气的部件。

空气输送系统460可用作中央空气输送系统，其将空气输送到多个覆盖物。

图4A和图4B描述了以通过使空气循环进出一个或多个覆盖物的闭环模式操作的空气输送系统460。例如，如本文所述，空气被输送到覆盖物和/或从覆盖物中去除，以能够控制覆盖物内部的环境。

从覆盖物排出的空气可以例如利用从温度控制贮存器供应的水，循环通过加热和/或冷却电池，进行加热和/或冷却。新鲜空气可以通过活性炭过滤器进入循环。

空气输送系统460由控制器控制，该控制器可以是例如外部设备和/或集成在空气输送系统内。空气输送系统460可以是例如采暖通风及空调(HVAC)设备。空气输送系统460可以控制以下中的一个或多个：无菌、湿度、温度、空气流(例如，空气速度)、压力和/或二氧化碳浓度。

如图4A中所描绘，空气输送系统460可以连接到一个或多个出口管470，例如单个出口管。

如本文所用，术语“连接”是指在连接的管之间提供流体连通，用于输送流体，例如空气和/或水和/或其它灌溉流体。

出口管461可以与二氧化碳(CO₂)源466和/或加湿器源467流体连通，所述二氧化碳(CO₂)源466和/或加湿器源467可以由控制器和/或空气输送系统控制。可以控制输送到覆盖物内部的空气的二氧化碳浓度和/或湿度百分比，例如以获得目标属性，和/或根据ML模型的结果来控制输送到覆盖物内部的空气的二氧化碳浓度和/或湿度百分比，如本文所述。加湿器源467可以控制相对湿度和/或实现为空气干燥设备。可替代地或另外地，空气干燥由空气输送系统460执行。

任选地，一个或多个过滤器480位于空气输送系统460和覆盖物内植物板的空气出口之间的空气通道路径中。任选地，过滤器480位于CO₂源466和/或加湿器源467的附近，使得加湿量和/或CO₂供应被添加到过滤的空气中。过滤器480可以是例如HEPA过滤器、和/或紫外线(UV)照明(例如，用于灭菌)。空气的闭环和/或过滤减少和/或防止气味。过滤器480可以被设计用于消除气味和/或去除污染物。

出口管461可以连接到与每个覆盖物相关联的任选的相应的空气进入管462。每个相应的空气进入管462可以连接到任选的相应的歧管463。每个相应的歧管463可以连接到一个或多个与覆盖物连接的空气进入通道464。每个空气进入通道464包括进入覆盖物内部的相应的空气开口，以将空气(任选地具有受控的CO₂和/或湿度水平)从空气输送系统460引导到覆盖物内部。

如图4B中所描绘，空调单元可以连接到一个或多个空气收集管471，例如单个空气收集管，所述空气收集管471接收来自一个或多个覆盖物内部的空气。空气收集管471可以连接到用于每个相应覆盖物的一个或多个空气出口管472。每个空气出口管472连接到位于覆盖物顶部的相应空气出口，用于接收来自覆盖物内部的空气。

任选地，一个或多个过滤器490位于将空气从覆盖物内部输送到空气输送系统460的空气排空通道(evacuation air channel)内。过滤器可以用于消除气味和/或去除污染物，例如，如参考图4A的过滤器480所描述的。

现在返回参考图5，由流体输送系统560供应的水可以是已经进行反渗透和/或灭菌的水。任选地，通过控制器设定和/或调节水的pH和/或盐度，例如，以获得目标属性，如本文所述。

任选地，一个或多个过滤器580定位于流体输送系统560与壳体内植物板的流体出口之间的流体通道路径中。任选地，过滤器580位于调节水(例如调节水的pH和/或盐度)的任何部件附近，从而调节被过滤和/或灭菌的水。滤光器580可以是例如HEPA滤光器和/或紫外线(UV)照明(例如，用于灭菌)。流体的闭环和/或过滤减少和/或防止气味。任选地，一个或多个过滤器580位于流体排空通道(fluid evacuation channel)中，该流体排空通道将流体从壳体输送回流体输送系统560。

流体输送系统560可以用作将流体输送到多个壳体的中央流体输送系统。

流体输送系统560经由流体进入通道、壳体和流体出口使流体循环进出一个或多个壳体，从而以闭环模式进行操作，如本文所述。流体被输送到壳体和/或从壳体中去除，以能够控制壳体内部的环境，例如，如本文所述。

流体输送系统560由控制器控制，该控制器可以是例如外部设备和/或集成在空气输送系统内。流体输送系统460可以是例如泵。

流体输送系统560可以以例如高压和/或低压气培(例如雾)模式和/或营养膜技术(Nutrient Film Technology，NFT)模式进行操作。

流体输送系统560可以连接到一个或多个中央入口灌溉管540(例如单个管)，中央入口灌溉管540将流体从流体输送系统560向壳体输送。中央入口灌溉管540可以与一个或多个任选的流体管541连接，其中每个相应的壳体与相应的一个或多个流体管541相关联。每个相应的流体管541可以连接到任选的歧管542。每个相应的壳体可以与相应的歧管542相关联。一个或多个流体进入通道543中的每一个均具有一个或多个灌溉进料器550，一个或多个流体进入通道543可以与每个歧管542连接。流体进入通道543可以沿着植物板544彼此平行地布置。流体进入通道543可与植物板544集成为单片结构，例如，如本文所述。

任选地，通过一个或多个排放管来排放来自壳体的排放流体，所述排放管可以使排放流体循环回到流体输送系统560。

现在返回参考图6，单片植物板652可以通过例如注射成型技术、铸造、精密制造、3D打印和/或设计用于产生单片结构的其它方法来制造。植物板的单片设计使得部件(例如，空气进入通道、流体通道、传感器、灌溉进料器)能够精确地放置在板上，其中部件在板上的位置不能改变。板的部件的精确定位增大了控制在板上生长的植物的生长条件的能力，以获得可再现的和/或精确的生长条件，从而获得可再现的目标属性，如本文所述。

600A描绘了板652的俯视图，600B描绘了单片植物板652的侧视图，并且600C描绘了单片植物板652的正视图。单片植物板652的顶表面的尺寸和/或形状可设计为封闭和密封覆盖物的底侧，如本文所述。植物板的底表面的尺寸和/或形状可设计为封闭和密封壳体的顶侧，如本文所述。

单片植物板652具有厚度(如侧视图600B和/或俯视图600C所示)、顶表面(如俯视图600A所示)、底表面和多个孔670，每个孔的大小和形状适于植物的茎。

单片植物板652的不同布置包括，例如：

一种全单片布置，其中植物板652包括以下全部：

(i)多个空气进入通道653，所述空气进入通道653具有朝向上方的开口，所述空气进入通道653位于单片植物板652的顶侧，如本文所述。空气进入通道653可被设计成提供层流气流，如本文所述。

(ii)多个流体通道650，所述流体通道650任选地包括用于输送流体的灌溉进料器651。流体通道650和/或灌溉进料器651位于单片植物板652的底侧。当单片植物板652连接到壳体上时，流体通道650和/或灌溉进料器651的开口朝向下方，朝向位于其中的植物的根部。

(iii)传感器670A，所述传感器670A位于单片植物板652的顶侧。在覆盖物连接到单片植物板652时，传感器670A可用于监测覆盖物的内部，如本文所述。本文中描述了示例性传感器670A。

(iv)传感器670B，所述传感器670B位于单片植物板652的底侧。在壳体连接到单片植物板652时，传感器670B可以用于监测壳体的内部，如本文所述。本文描述了示例性传感器670B。

一种半单片布置，其中植物板652包括(i)，并且排除(ii)、(iii)和(iv)。

另一种半单片布置，其中植物板652包括(i)和(ii)，并且排除(iii)和(iv)。

另一种半单片布置，其中植物板652包括(ii)，并且排除(i)、(iii)和(iv)。

在半单片布置中，从单片植物板中排除的部件可以例如通过螺钉和/或快速连接器连接到单片植物板。半单片布置可以提供从单片板中排除的部件的定制，例如，通过选择一些定制部件，可以使同一单片植物板重新用于不同的植物类型。

任选地，空气进入通道653和/或流体通道650可以位于板的相应顶表面和/或底表面上。可替代地或另外地，空气进入通道653和/或流体通道650可以位于板的厚度内和/或板的相应顶部厚度和/或底部厚度内。在这种实施方式中，板的表面可以基本上是光滑的。例如，植物板的厚度可以为约3-5厘米(cm)，或约1-5cm，或约2-4cm或其它值。空气进入通道653的直径可以为例如约1-3cm，或约2-3cm，或约1-5cm，或其它值，任选地被选择为输送足够量的层流气流。空气进入通道653可以连接到较大的中央空气管(例如，约10-20cm，或15-20cm，或其它值)，所述中央空气管连接到空气供应系统，如本文所述。空气进入通道653和/或流体通道650和/或孔可以平行地布置，例如，空气进入通道653位于板的上部，相对于板的厚度平行地延伸到位于板的底部的流体通道650，流体通道650沿着板的表面与设计成容纳植物的多个孔平行地定位。

现在返回参考图7，每个植物种植模块770至少包括植物板、覆盖物和壳体，如本文所述。控制器702可以控制一个或多个中央环境系统(例如，空气输送系统、流体输送系统、照明系统，如本文所述)，以控制集合750内的植物种植模块770的环境参数(例如，空气输送、流体输送，灯760)。

任选地，多个植物种植模块770位于公共支架系统上。植物种植模块770可以例如水平地和/或垂直地布置。

每个模块770可以是独立运行的模块，和/或模块770的集合750中的一部分，每个模块770位于室内，例如温室内。室内实施方式可以仅利用人工照明，用于在气候控制环境中的光合作用和/或光周期，如本文所述，以便提供对照明的精确控制，这与不能预测和/或控制的日光相反，并且任选地获得目标属性，如本文所述。温室实施方式可以使用太阳能照明用于光合作用，和/或使用互补的低强度照明或变暗系统来控制光周期并根据当前可用的太阳能照明进行调节以提供目标照明，任选地获得目标属性，如本文所述。

每个集合中的植物种植模块770的数量可以是例如约1-10个，或3-7个，或其它数量。

每个植物种植模块770的体积可以是例如约1立方米，或约0.5-2立方米，或其它值。每个集合750的总体积可以是例如约3-10立方米，或约5-7立方米，或其它值。

任选地，来自共同遗传源的植物被种植在多个植物种植模块770中的每一个中。控制器702可以调节中央环境系统，以控制用于多个植物种植模块770中公共遗传源的植物的环境参数，从而获得公共目标属性。

现在返回参考图8，参考图7例如描述了植物种植模块的单个集合750。多个集合750可以存储在公共支架系统上。每一个集合750可以种植来自共同遗传源的植物。

预期在本申请所产生的专利有效期内，将开发出许多相关控制器，并且术语“控制器”的范围旨在先验地包括所有这种新技术。

如本文所用，术语“约”是指±10％。

术语“包含”、“包括”、“具有”和它们的连接词是指“包括但不限于”。

术语“由……组成”是指“包括且限于”。

术语“基本上由……组成”是指组合物、方法或结构可以包括另外的成分、步骤和/或部分，但只有在另外的成分、步骤和/或部分不会实质上改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本和新颖特征的情况下。

如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”、“所述”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。例如，术语“一种化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。

在本申请全文中，本发明的各种实施例可以以范围格式呈现。应当理解，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，不应当被解释为对本发明范围的不灵活限制。因此，范围的描述应被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的单个数值。例如，范围如1至6的描述应被认为具有具体公开的子范围，如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等，以及该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5和6。不管范围的宽度如何，这都是适用的。

每当在本文中指示数值范围时，其意指包括在所指示的范围内的任何所引用的数字(分数或整数)。短语在第一指示数字和第二指示数字“之间的范围”和从第一指示数字到第二指示数字的“范围”在本文中可互换地使用，并且意指包括第一和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数。

应当理解，为清楚起见，在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合来提供，或者适合于本发明的任何其他描述的实施例的特征来提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不应被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有那些元件的情况下无法操作。

此外，本申请的任何优先权文件在此通过引入整体并入于此。

Claims (39)

1.一种受控和无菌的植物种植系统，包括：

植物板，其包括多个孔，所述多个孔的大小和形状被设置为容纳植物的茎；

覆盖物，其大小和形状被设置成封闭和密封所述植物板的顶侧，以维持所述覆盖物内部的无菌状态；

多个空气出口，所述多个空气出口位于所述覆盖物的顶部；

壳体，其大小和形状被设置成封闭和密封所述植物板的底部，以维持所述壳体内部的无菌状态；

多个空气进入通道，所述多个空气进入通道具有朝向上方的开口，所述多个空气进入通道位于所述植物板的顶侧，所述多个空气进入通道被设计成提供进入所述覆盖物内部的层流气流；

其中所述多个孔的大小和形状被设置成当容纳所述植物的茎时，提供从所述覆盖物到所述壳体的空气流。

2.如权利要求1所述的系统，还包括：

至少一个过滤器，所述至少一个过滤器用于消除气味和/或去除污染物，所述至少一个过滤器在从所述覆盖物内部排出的空气的空气排空通道内，连接到所述覆盖物外部的所述空气出口；和/或在被输送到所述覆盖物内部的空气的空气进入通道内在进入所述覆盖物之前，连接到所述空气进入通道。

3.如权利要求1所述的系统，还包括：

可拆卸采样盒，其具有污染物捕获装置，所述污染物捕获装置捕获在所述壳体的内部和/或所述覆盖物的内部的污染物样品，所述污染物指示未能维持其中的无菌状态。

4.如权利要求1所述的系统，还包括位于所述壳体内的低压排放阀，所述低压排放阀设置成处于在环境空气压力与所述覆盖物内部的目标空气压力之间的压力。

5.如权利要求1所述的系统，还包括空气输送系统，所述空气输送系统与所述多个空气进入通道和所述多个空气出口连通，所述空气输送系统通过使空气在所述多个空气进入通道、所述覆盖物和所述多个空气出口内循环而以闭环模式进行操作。

6.如权利要求5所述的系统，还包括多个覆盖物、相关联的多个植物板和相关联的多个壳体，所述空气输送系统与所述多个覆盖物的每一个中的相应多个空气进入通道和多个空气出口连通。

7.如权利要求6所述的系统，其中，单个空气输送系统包括单个空气出口管，所述单个空气出口管与所述多个覆盖物的每一个中的多个空气出口连接，所述单个空气输送系统包括单个空气进入管，所述单个空气进入管与所述多个覆盖物的所述多个空气出口中的每一个连接。

8.如权利要求5所述的系统，其中，所述空气输送系统被设置成经由所述多个空气进入通道将空气流模式输送到所述覆盖物中，所述空气流模式根据所述空气流模式和暴露于所述空气流模式的目标类型植物的目标属性之间的关联性来选择。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述目标属性包括选自以下的至少一种：所述目标类型植物的目标生物学，所述目标类型植物的目标生理学和所述目标类型植物的目标形态。

10.如权利要求9所述的系统，其中，以下各项中的一项或多项：

(i)所述目标类型植物选自：大麻、转基因植物、蔬菜、绿叶和香草，

(ii)所述目标生物学选自蛋白质表达、激素表达和化学特性，

(iii)所述目标生理学选自：蒸腾作用、生长速率、产量和顶端控制、植物形状、大小、叶片数量和分枝数。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个空气进入通道的间距和/或数量和/或位置模式根据以下预测来选择：即目标类型植物暴露于出自所述多个空气进入通道的所述间距和/或数量和/或间距模式的空气流模式时获得目标属性。

12.如权利要求5所述的系统，其中，空气输送系统维持所述覆盖物内的空气压力高于所述壳体的空气压力，并维持所述壳体的空气压力高于环境空气压力。

13.如权利要求1所述的系统，还包括多个流体进入通道和流体出口，所述多个流体进入通道具有用于输送流体的灌溉进料器，所述多个流体通道位于所述植物板的底侧，并且所述多个流体进入通道的开口朝向下方，并且所述流体出口位于所述壳体的底部。

14.如权利要求1所述的系统，还包括多个流体进入通道和流体出口，所述多个流体进入通道具有用于输送流体的灌溉进料器，所述多个流体进入通道位于所述壳体的内表面内，并且所述多个流体进入通道的开口朝向上方，并且所述流体出口位于所述壳体的底部。

15.如权利要求14所述的系统，还包括流体输送系统，所述流体输送系统与所述多个流体通道和所述流体出口连通，所述流体输送系统通过使流体在所述多个流体进入通道、所述壳体和所述流体出口内循环而以闭环模式进行操作。

16.如权利要求15所述的系统，还包括多个覆盖物、相关联的多个植物板和相关联的多个壳体，所述流体输送系统与所述多个壳体的每一个中的相应多个流体进入通道和多个流体出口连通。

17.如权利要求16所述的系统，其中，单个流体输送系统包括单个流体流出管，所述单个流体流出管与所述多个壳体的每一个中的所述多个流体进入通道连接，所述单个流体输送系统包括与所述多个壳体的每个流体出口连接的单个流体进入管。

18.如权利要求14所述的系统，其中，所述多个流体进入通道的间距和/或数量和/或间距模式根据所述多个流体进入通道的间距和/或数量和/或间距模式与暴露于由所述流体进入通道输送的流体的植物目标属性之间的关联来选择。

19.如权利要求1所述的系统，还包括：第一组覆盖物传感器，其位于所述覆盖物内，用于监测所述覆盖物的内部；以及第二组壳体传感器，其位于所述壳体内，用于监测所述壳体的内部；以及控制器，其使用从所述第一组传感器获得的数据来独立地监测所述覆盖物内的环境，并且使用从所述第二组传感器获得的数据来独立地监测所述壳体内的环境，并且还包括多个覆盖物、相关联的多个植物板和相关联的多个壳体，它们连接到中央空气输送系统和/或中央流体输送系统，并且还包括第三组传感器，所述第三组传感器用于在中央空气输送系统和/或中央流体输送系统处进行监测，所述第三组传感器位于中央空气输送系统和/或中央流体输送系统的入口和/或出口处。

20.如权利要求19所述的系统，其中，所述控制器根据所监测的第一组传感器，独立地控制至少一个覆盖物环境控制系统的多个覆盖物参数，以控制所述覆盖物内的环境；根据所监测的第二组传感器，控制至少一个壳体环境控制系统的多个壳体参数，以控制所述壳体内的环境；并且控制所述中央空气输送系统的至少一个空气输送参数和/或控制所述中央流体输送系统的至少一个流体输送参数，其中所述至少一个空气输送参数包括不同类型的空气输送的调度，并且所述至少一个流体输送参数包括不同类型的流体输送的调度。

21.如权利要求20所述的系统，其中，所述至少一个覆盖物环境控制系统和所述至少一个壳体环境控制系统选自：控制空气流的空气流控制器、控制温度的加热器、控制温度的空气调节器、控制输送空气中的氧气量的补充氧源、控制输送空气中的二氧化碳浓度的补充二氧化碳源、控制输送空气中的湿度的加湿器、控制由灯照明的光控制器、以及控制输送流体的组成和/或调度的水调节系统。

22.如权利要求20所述的系统，其中，所述多个覆盖物参数选自：空气流、换气、温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、压力、照明、湿度、空气组成和空气纯度，并且所述多个壳体参数选自：温度、压力、照明、湿度、污染物、氧气浓度、二氧化碳浓度、灌溉水盐度、水pH、营养物组成、营养物pH和营养物盐度。

23.如权利要求19所述的系统，其中，所述第一组传感器选自：温度、湿度、二氧化碳、空气压力、成像和光强度，并且所述第二组传感器选自：温度、湿度、空气压力和灌溉流速。

24.如权利要求19所述的系统，其中，所述第一组传感器位于所述板的顶侧，并且所述第二组传感器位于所述板的底侧。

25.如权利要求1所述的系统，还包括照明系统和控制器，所述照明系统产生用于照亮所述覆盖物内部的光，所述照明系统位于所述覆盖物的外部，以及所述控制器控制所述照明系统，以产生被预测为提供多个目标类型植物所需的目标属性的照明模式。

26.如权利要求1所述的系统，其中，所述壳体包括沿着所述壳体的至少一部分内周边的细长凹槽，所述细长凹槽的大小和形状被设置成容纳所述植物板的厚度，并能够将所述植物板插入所述覆盖物中和从所述覆盖物中取出。

27.如权利要求1所述的系统，还包括至少一个垫圈，所述至少一个垫圈用于密封所述植物板，以与所述覆盖物隔开，并且与所述壳体隔开。

28.如权利要求1所述的系统，其中，所述壳体的大小和形状被设置成装配在包括多个支架的支架结构上，每个支架被设计成容纳相应的壳体。

29.如权利要求1所述的系统，其中，所述覆盖物由非刚性材料制成，当所述覆盖物内的空气压力被设定为高于所述壳体内的空气压力且高于环境空气压力的目标空气压力时，所述非刚性材料形成预定形状，并且当所述覆盖物内的空气压力低于所述环境空气压力时，所述覆盖物被设计成所述预定形状塌陷。

30.一种用于受控植物生长的单片植物板，包括：

具有厚度、顶表面、底表面和多个孔的所述单片植物板，每个所述孔的大小和形状被设置为容纳植物的茎；

所述单片植物板的顶表面的大小和形状被设置为封闭和密封覆盖物的底侧，以维持所述覆盖物内部的无菌状态；

所述植物板的底表面的大小和形状被设置为封闭和密封壳体的顶侧，以维持所述壳体内部的无菌状态；

多个空气进入通道，其集成在所述单片植物板内，所述多个空气进入通道具有朝向上方的开口，所述多个空气进入通道位于植物板的顶侧，所述多个空气进入通道被设计成提供进入所述覆盖物内部的层流气流。

31.如权利要求30所述的单片植物板，还包括：

多个流体通道，其集成在所述单片植物板内，所述多个流体通道具有用于输送流体的灌溉进料器，所述多个流体通道位于所述单片植物板的底侧，并且所述多个流体通道的开口朝向下方，朝向位于所述壳体内部的植物的根部。

32.如权利要求31所述的单片植物板，还包括：

第一组传感器，其用于监测所述覆盖物的内部，所述第一组传感器位于所述单片植物板的顶侧并集成在所述单片植物板内；

第二组传感器，其用于监测所述壳体的内部，所述第二组传感器位于所述单片植物板的底侧并集成在所述单片植物板内。

33.如权利要求30所述的单片植物板，其中，所述单片植物板的所述多个空气进入通道的间距和/或数量和/或位置模式根据以下预测进行选择：目标类型植物暴露在出自所述多个空气进入通道的间距和/或数量和/或间距模式的空气流模式而获得目标属性。

34.一种用于受控植物生长的单片植物板，包括：

具有厚度、顶表面、底表面和多个孔的所述单片植物板，每个所述孔的大小和形状被设置为容纳植物的茎；

所述单片植物板的顶表面的大小和形状被设置为封闭和密封覆盖物的底侧，以维持所述覆盖物内部的无菌状态；

所述单片植物板的底表面的大小和形状被设置为封闭和密封壳体的顶侧，以维持所述壳体内部的无菌状态；和

多个流体通道，其具有用于输送流体的灌溉进料器，所述多个流体通道位于所述单片植物板的底侧，并且所述多个流体通道的开口朝向下方，朝向位于所述壳体内部的所述单片植物板下方的植物根部。

35.一种调节用于受控植物生长的多个参数的设备，包括：

至少一个硬件处理器，其针对以下执行代码：

将目标类型的多个植物所需的目标属性输入到机器学习模型中，所述多个植物具有相同的基因序列；

将由多个第一传感器感测的覆盖物内部的多个覆盖物参数输入到所述机器学习模型中，其中所述多个第一传感器位于所述覆盖物中，其经密封与周围环境并与壳体隔开；

将由多个第二传感器感测到的壳体内部的多个壳体参数输入到所述机器学习模型中，其中所述多个第二传感器位于壳体内，其经密封与所述周围环境和所述覆盖物隔开；

将由至少一个第三传感器感测到的至少一个环境系统的多个环境系统参数输入到所述机器学习模型中，所述至少一个第三传感器位于所述至少一个环境系统控制所述壳体和/或所述覆盖物内的环境之内、之前和/或之后，以及

根据所述机器学习模型的结果，调节控制所述多个覆盖物参数和/或所述多个壳体参数和/或所述多个环境系统参数的所述至少一个环境控制系统，用于将所述多个覆盖物参数和/或所述多个壳体参数和/或所述多个环境系统参数，维持在为获得在所述覆盖物和所述壳体内种植的所述多个植物的目标属性而选择的目标要求。

36.如权利要求35所述的系统，其中，所述目标属性包括选自以下的至少一个：所述目标类型植物的目标生物学，所述目标类型植物的目标生理学和所述目标类型植物的目标形态。

37.如权利要求36所述的系统，其中，以下各项中的一项或多项：

(i)所述目标类型植物选自：大麻、转基因植物、蔬菜、绿叶和香草，

(ii)所述目标生物学选自蛋白质表达、激素表达和化学特性，

(iii)所述目标生理学选自：蒸腾作用、生长速率、产量和顶端控制，

(iv)所述目标形态选自：植物形状、大小、叶片数量和分枝数。

38.如权利要求35所述的设备，还包括

生成训练数据集，对于多个样品植物中的每个相应样品植物，所述训练数据集包括表示以下的标签：所测量的所述相应植物的属性；与所述相应样品植物相关联的所述多个覆盖物参数；与所述相应样品植物相关联的所述多个壳体参数；以及所述环境系统参数；和

在所述训练数据集上训练所述机器学习模型。

39.如权利要求38所述的设备，其中，所述训练数据集进一步存储在获得所述相应的多个覆盖物参数、所述相应的多个壳体参数和所述环境系统参数时，指示在所述多个植物的生长季节期间的多个时间间隔的一时间间隔的标签，并且其中所述机器学习模型接收在获得所述多个覆盖物参数和所述多个壳体参数时，所述生长季节期间的某一时间间隔的指示作为输入结果，并且针对所述某一时间间隔进行调节。

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