JP2017527269A - 農業システム - Google Patents

Abstract

植物作物の栽培に使用するための装置であり、該装置は、作物をその栽培中に制御環境内に維持可能な体積（１２）を備えた構造を有し、該構造は、間隙を介して並行関係にあり、かつ、閉路周辺の同期運動のために設けられた２つのエンドレスベルト（環状調帯）（１５）を収納し、上記装置は、作物用栄養溶液（２１）を取り除き可能に保持するための桶型容器（２０）、及び、植物を保持する容器（１９）が、ベルト間に支持されて共に移動することを可能とするための支持手段（１８，１９ａ）を有し、上記ベルト（１５）の経路は、例えば、その少なくとも一部分において、上記容器（１９）を栄養溶液内に浸し、かつ、ベルトの全周上において少なくとも１回は、作物に栄養素を与える。【選択図】図１

Description

本願発明は、野菜を栽培するシステム、及び該システムにおいて使用される装置に関する。システムは、栽培に利用可能な領域の限られた場所、特に建物の屋上における特定の使用を想定する。

減少しつつある利用可能な土地の領域からより多くの食用作物を生産し、かつ、その生産において、化石燃料から得られるエネルギーの使用量を極力少なくする必要性の増大に伴い、最小限のエネルギー使用により、一平方メートル当たりの産出量を向上させる多くの異なる技術が、開発されている。更に、使用に適さなかった領域を、作物の支援に使用可能とする技術も、開発されている。

例えば、特に都市環境においては、建物の屋上は、作物を栽培するために、益々使用されつつある。屋上がその重さに耐え得る場合には、従来の温室を建てることができる。あるいは、容器（コンテナ）または揚げ床は、強固な平屋根上に配置され、従来の地方の市場向けの野菜園にて使用される方法により、栽培が行われる。

屋上空間の利用を試みるに際し、商業上実行されるべき計画のために対処する必要のある１つの問題は、作物を育てて収穫することにある。多くのスーパーマーケットには、利用可能な屋上領域が存在する。近年の計算によると、その各々が５０００ｍ^２超の屋上領域を利用可能な２１６０店ものスーパーマーケットが存在した。この領域は、その様なスーパーマーケットの潜在能力を有する最新のポリエチレントンネル構造を用いることにより、年間３００万ポンドの価値の作物を栽培するために、活用可能となるであろう。かかる工程には、熱及び二酸化炭素を、ボイラ煙道ガスからポリエチレントンネル内へ向かわせて、栽培のための条件を向上させることが、利点となるであろう。

しかしながら、営利目的の屋上農業事業の一部としてポリエチレントンネルを単に利用することには、農業用機械及び労働人員へのアクセスが依存として必要になるという地上事業の問題が残存する。アクセスの必要性は、比較的大きな領域において、耕作の有用性を阻害する。更に、屋上の環境で作業する場合、特に人員が、また設備や器具が、屋上から落下してしまうリスクを最小限にするために、安全対策が採られる必要がある。その上、ポリエチレントンネルの使用は、屋根に勾配があり水平な平屋根でない場合には、適さない。

上記アクセスの問題に対する解決策の１つとして、水耕を用いて、水及び栄養素を植物へ与える方法がある。水耕には、主に２つの変形例が存在する。第１の変形例では、植物を植える個々の鉢は、植物の栽培に必要となる物を供給する一連の管に、連結される。配管を行うために必要な時間に起因して、この変形例では、例えばトマトの様な栽培期間の長い作物を植えることが、より効果的である。しかしながら、作物だけでなく配管へのアクセスも必要となるために、比較的大きなアクセス領域が、依然として必要となる。第２の変形例は、例えばサラダ葉の作物の様な栽培周期の短い作物のためによく使用され、栄養素の豊富な水を貯めるタンク内に浮かぶポリスチレンのトレイを使用する。通常、タンクは、比較的長く、植物が若い時の第１端部から、植物が育って収穫可能である第２端部へ、互いに隣接して浮遊するトレイを有する。この第２の変形例の性質として、作物の栽培が単一層に制限される。

本願発明は、空間の使用及び人員の安全を向上させる、屋上での使用に適した作物栽培システムを提供することにより、上述の問題に対処することを目的とする。該システムは、傾斜した屋根と連結しての使用にも適する。

本願発明の第１の態様によれば、植物作物の栽培に使用するための装置であり、該装置は、作物をその栽培中に制御環境内に維持可能な体積（volume）を包囲する構造を有し、該構造は、間隙を介して並行関係にあり、かつ、閉路周辺の同期運動のために設けられた２つのエンドレスベルト（環状調帯）を収納し、上記装置は、作物用栄養溶液を取り除き可能に保持するための桶型容器、及び、作物を保持する容器が、ベルト間に支持されてベルトと共に移動することを可能とするための支持手段を有し、上記ベルトの経路は、例えば、その少なくとも一部分において、上記容器を栄養溶液内に浸し、かつ、ベルトの全周上において少なくとも１回は、作物に栄養素を与える、装置が提供される。

上記装置は、操作者による最小限の入力により、比較的小さな体積内において、作物の栽培を可能とする。

任意的には、上記支持手段は、更なる搬送及び新たな作物が、比較的容易に追加されて上記装置を通過する様に、上記作物を上記容器と共に移動可能とする１つ以上の容器を保持するための構造を有する。更に任意的には、上記支持手段は、上記ベルトに取り付けられて上記ベルト間に延在する棒または軸を有し、確実な支持を実現する。

好都合には、各ベルトは、駆動スプロケット（歯車の歯）に設けられ、更に好都合には、各ベルトの経路は、上記ベルトを追加的に支持する複数の遊動歯部により、規定される。更に好都合に、上記駆動スプロケットは、上記構造内に位置する。上記駆動ベルトは、好適には、鎖である。

好適には、上記装置は、例えば、温度または湿度センサ等のセンサを有し、上記センサは、操作者が上記構造内の環境を制御することを可能とする表示装置に接続される。任意的には、上記センサは、上記構造内の環境が自動制御されることを可能とする処理手段及び制御手段に、連結される。

任意的には、１つ以上のカメラが上記構造内に位置し、植物栽培の視覚映像及び／または記録を提供する。

好適には、１つ以上のレーザが上記構造内に設けられ、上記構造内の植物原料の栽培制御を可能とすると共に、作物の栽培中に必要となる除草剤の量を減少させる。

上記装置は、好適には、桶型容器を満たしたり空にしたりするためのポンプを有する。

好適には、上記構造の床面は、都市環境における店舗販売場所に近い環境で作物を栽培可能な建物屋上から成る。

本願発明の第２の態様によれば、植物を栽培する方法であって、
（ｉ）容器内に植物を配置すること；
（ｉｉ）間隙を介して並行関係に配置され、かつ、閉路周辺の同期運動のために設けられた２つのエンドレスベルトの間に、上記容器を自由に吊るすこと、
（ｉｉｉ）栄養溶液を桶型容器に追加すること、
（ｉｖ）上記ベルトの経路は、例えば、その少なくとも一部分において、上記容器及び上記植物を、上記桶型容器内の栄養溶液に浸し、上記植物に栄養素及び水を与えた後、上記容器及び上記植物を、栄養溶液及び桶型容器から取り除くこと、
（ｖ）上記経路は、制御環境を有する空間内に限定されること、
の各工程を含む：方法が提供される。

ここで、本願発明について、以下の添付図面を参照しながら、１つの実施形態に係る農業システムの単なる例示を用いて説明する。

図１は、本願発明に係る屋上農業システムを有する建物の概略図である。 図２は、図１の建物及びシステムの側面図である。 図３は、実際の縮尺ではないが、トレイ及び栄養素桶型容器の概略図である。 図４は、駆動鎖間に吊るされたトレイを例示する図である。

図１及び図２を参照すると、これらの図は、建物の屋上に位置するモジュールシステムを例示する。この建物の屋上は、現代の倉庫及びスーパーマーケット、特に、産業目的で建設された大型ショッピングセンタの一部として建設された建物において、一般的な構造を有する。その様な建物においては、鉄骨フレームの基礎部分が建てられ、該基礎部分に、冷延鋼板の母屋がボルト締めされる。その後、母屋は、絶縁性の鋼鉄製板により覆われる。より大きな建物が、緩傾斜を有する幾つかの柱間を用いて、組み立て可能である。

建物１０の屋上１１上に建てられるモジュールは、建設中または建設後の何れかにおいて、フレーム（骨組み）への最小限の障害で、建物１０のフレームに適合する様に、設置することができる。加えて、モジュールの重さは、可能であれば、上記建物フレームにより支えられることが意図されている。このため、１２により通常参照される基本モジュールは、壁を有する鋼鉄の骨組み、及びプラスチック材料から成る屋上を有する。プラスチック材料は、上記技術分野において周知であり、従来のポリエチレントンネルを構成するために、既に広く使用されている。その上、上記プラスチック材料は、約２ｍの幅を有する筒状部として、利用可能であり、上記モジュールは、周知のキーダー（Ｋｅｄｅｒ）方法を用いて、構成可能である。この方法では、モジュールの骨組みが建てられ、プラスチック材料がモジュールの屋上を形成するために、横切って取り付けられる、規則的間隔のアーチを有する。従って、屋上は、モジュールを幅方向に横断する何片かのプラスチック材料、あるいは、モジュールを長さ方向に走る単一長のプラスチック材料から、構成可能である。

モジュール内においては、ほぼ完全に自動化された工程が、栽培植物の監視、水及び栄養素の供給、並びに収穫を可能とする。加えて、任意的には、雑草及び害虫を制御するための手段が、含まれる。

建物屋上１１、モジュール壁１３ａ、１３ｂ、及びモジュール屋上１４ａ、１４ｂにより規定される、１２により通常参照される上記モジュールの容積内においては、作物が栽培される制御環境が、維持される。一組の平行なエンドレス駆動ベルト、あるいは、鎖１５の内の１つのみが便宜上図１に示される、本明細書において例示される様な、約２ｍ間隔の鎖が、モジュール１２を介して植物を搬送するために、利用される。鎖１５は、主要駆動歯部１６により駆動され、鎖の経路は、遊動スプロケット１７により、効率的に決定される。駆動歯部１６は、図１に示す位置に有るモータにより、駆動される。棒または軸１８（図４参照）は、鎖１５に沿って間隔を空けて、その両端間に延在し、その両端において、鎖１５に固定される。代替的な実施形態においては、図示しないが、棒または軸の代わりに、ケーブルまたは鎖を用いることができる。

使用時には、植物を保持する容器１９は、軸１８から、ケーブル１９ａにより吊るされる。有利な実施形態においては、図示しないが、容器１９は、共通の骨組みの中に保持されるため、容器１９を取り除き、作物を収穫し、新たな作物を容器１９内に植え、その後、容器１９を骨組み内に戻すことが可能となる。それ故、コストを削減するために、骨組みは、整数個の、特に３つの業界標準サイズの容器を受け入れる程の大きさを有することが想定される。その様な容器は、多種多様な形状及び大きさのものが利用可能であり、それら自体も、より小さなトレイまたは鉢を運ぶことができる。業界標準の容器を用いることで、コストは最小限に維持される。特に、鉢植えが倒れない様に鉢植えを保持すると共に、スーパーマーケットまたは園芸用の直販店において使用されるデニッシュトロリ（底引き手押し車）に収まる所定のトレイが、利用可能である。トレイは、通常は使い捨てであるが、コストを一層低減させる本願発明により、再利用することも可能である。

上述したことから、主要駆動歯部１６が回転すると、鎖１５及び鎖１５から吊るされた容器１９は、モジュール１２の周辺を搬送されるため、植物は、モジュール１２のある場所から別の場所へ移動されることが留意されるであろう。この様な経路に沿って規定された点において、光の状態、湿度等を監視可能であり、栄養素の供給、並びに雑草及び害虫の制御を実行可能である。例えば、トレイが、水を供給する桶型容器または移動点（下記参照）に接近する時等の様々な点においてセンサの読取り可能なＲＦタグまたはバー／ＱＲコードが、トレイに付されるものとしてもよい。

本明細書に開示された本願発明が従来技術に係るシステムに対して有する利点の１つは、屋上または植物作物のために特に構成要素を加工する必要なく、異なる形状及び大きさの屋上に設置可能であることである。鎖１５の経路の構成は、遊動スプロケット１７により決定されるため、遊動スプロケット１７は、一般的な屋上の形状に加え、屋上１１上に存在し得るその他の設備にも適合する位置に、配置することができる。

上述したシステムにより、水及び栄養素を供給するための方法を、非常に簡易に実行することが可能となる。植物を植える鉢の各々に水を供給するために多数の導管及び枝管を必要とする、または、鉢を細管マット上に配置する必要のある、従来技術に係るシステムとは異なり、本願発明に係るシステムは、桶型容器２０から成る単一の水供給点を有することができる。桶型容器２０は、特定の植物及びその栽培段階のために、水及び幾つかの栄養素により、満たすことができる。上記桶型容器は、手を使って、または、ポンプを利用して、満たすことができる。植物が、鎖１５により経路に沿って移動すると、植物は、桶型容器２０内に浸されるため、植物には、水の供給及び／または栄養素の供給が為される。特定の植物が、該水の供給を必要とする場合には、鎖１５は動作を停止し、完全な水の供給を確実に行うことができる。

上記容器に対する水の供給及び／または栄養素の供給が一旦完了すると、桶型容器２０は、空にされ、任意的には、再びポンプにより、新たな水及び栄養素を受け入れる準備をするものとしてもよい。容器が先へ進むにつれて、植物から滴り落ちる過剰な水分が、桶型容器２０内へ流れて戻り、再利用が可能となる。この様に水を供給する方法の利点は、植物から水が引く時に、空気が土壌に吸い込まれるために、土壌の能力が向上し、栽培を促進することである。

植物の成長を監視するために、モジュール１２及びカメラ内の点には、植物の視覚状態を観察可能な様にセンサが設置される。図１には、幾つかの検出装置が、示されている。第一に、温度計は２２に示され、第二に、湿度計は２３に示される。当然のことながら、上記検出装置は、最適なシステムが構成される様に、システム内の他の場所に配置されるものとしてもよい。好都合には、センサは、桶型容器２０の領域内に配置されるものとしてもよい。特に、センサは、バーコードリーダ、カメラ、またはレーザを有するものとしてもよい。好都合には、センサは、例えば、事前に設定された範囲内の温度等の多種多様な特性の値を維持するのに必要な措置を採る様にプログラムされる中央処理及び制御部に、連結される。あるいは、上記中央処理及び制御部は、上記値が手動により維持されることが要求されると、その出力を容易に提供することができる。

センサを使用することにより、制御すべき状態が可能となるのみならず、小売店へその業界内のマーケティング手段として使用することのできる情報を提供することも可能となる。最初に、データは、蓄積可能となり、モジュール内の状態を管理して最良の生育を確保する方法の理解を支援するための知識基盤を栽培者が構築することができる様に使用可能となる。

加えて、上記データは、商品上のラベル、または、店舗の至る所に有る画面を介して、商品の原産地を顧客に提示するために使用することもできる。上記データの更なる用途は、スマートフォン用アプリケーションの一部として、顧客／消費者が、カメラ画像を直接受信して作物が用意される時を決定することを、可能とするであろう。また、異なる成長段階にある作物は、収穫して持ち込まれ、教育上の目的で建物内の学生に示すこともできる。

最終的には、カメラから取得される画像は、植物が成長する様子を示すタイムラプスフィルムを提供するために使用することができる。

また、カメラから取得される情報は、レーザに連結されたプロセッサにも連結されるものとしてもよい。レーザは、トレイ／容器の視線上に存在する、モジュール内の好都合な位置に設けるものとしてもよい。なぜなら、モジュール内の全ての植物は、当該位置を通過し、全ての植物は、いつかは、レーザの視線の中に入るからである。その後、レーザは、プロセッサの制御の下で、例えば、雑草を除去する、不要な根、茎または葉を切り取る、あるいは、場合によりトレイ内の植物を間引くために、使用することができる。これにより、除草剤を使用する必要性は低減される。

スペースに余裕がある場合には、モジュールは、屋上に沿って、並んで配置されるものとしてもよい。かかる態様において、隣接モジュール間における温度要件が許容する場合には、モジュールは、共通の隔壁を共有する。栽培されている作物に応じて、隣接モジュールは、水を供給する桶型容器を共有するか、または、各隣接モジュール自体が個別に、桶型容器を備えるものとしてもよい。前者の状況においては、特に、双方の作物に対して同一の溶液を使用する場合に、桶型容器を一杯及び空にする頻度を最小化するために、鎖の移動、及び共通の桶型容器への作物の搬送間における調整が、実行されるものとしてもよい。個別の桶型容器を使用する場合には、当然のことながら、調整に要求される水準は緩和され、また、作物毎の栽培状態を、個別に最適化することが可能となるであろう。

複数のモジュールを使用すると、利用可能な栽培スペースを最大化する必要性が増大し、また、システムの大部分を自動化したままとすることが可能となる。このことを達成し、かつ、植物の栽培密度をできる限り高くするために、モジュールへのアクセス点の数は、できる限り最小限に抑制される。その上、各モジュールからの生産物は、屋上から例えばスーパーマーケットの床面へ移動可能な場所から、単一のアクセス点へ、搬送される。便宜上、アクセス点は、桶型容器２０の領域内であってもよい。このことは、第一に、水の供給、雑草の除去、刈り込み等の動作が制御領域内において視覚的に監視可能であり、第二に、植物が固定された状態にある間に起きるため、水の供給、雑草の除去、刈り込み等の処理を容易にする。生産物の移動に用いる肉体労働の必要性を最小化するために、ロボット及びＣＮＣ機械加工の技術を利用して、植物トレイ／容器をフレームから持ち上げて、搬送フレーム上に載置するものとしてもよい。その後、搬送フレームは、屋上を横切ってアクセス点に達する経路を提供する一組の鎖を用いて、運ばれる。適した経路により、恐らくリフトシャフトにも満たない非常に小さな領域から、数千平方メートルの栽培領域へのアクセスが可能となる。

単一のアクセス領域の再使用により、建物内または建物の外側においてさえ、上記アクセス領域が位置可能な場所についての柔軟性は、非常に大きく向上する。搬送フレームに適した廊下が設計上許容される限り、１階へのアクセス領域の位置は、廊下上の何れの位置であってもよい。当然のことながら、人のアクセスが制限されない地表面または屋上にシステムが設置される場合には、走行サイドフレーム（クローラフレーム）は、必ずしも必要とならない。

Claims (15)

1. 植物作物の栽培に使用するための装置であり、該装置は、作物をその栽培中に制御環境内に維持可能な体積を包囲する構造を有し、
   該構造は、間隙を介して並行関係にあり、かつ、閉路周辺の同期運動のために設けられた２つのエンドレスベルトを収納し、
   前記装置は、作物用栄養溶液を取り除き可能に保持するための桶型容器、及び、
   作物を保持する容器が、ベルト間に支持されてベルトと共に移動することを可能とするための支持手段を有し、
   前記ベルトの経路は、例えば、その少なくとも一部分において、前記容器を栄養溶液内に浸し、かつ、ベルトの全周上において少なくとも１回は、作物に栄養素を与える、装置。
2. 前記支持手段は、１つ以上の容器を保持する構造を有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記支持手段は、前記ベルトに取り付けられて前記ベルト間に延在する棒または軸を有し、前記容器の確実な支持を提供する、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記各ベルトは、駆動スプロケットに設けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記駆動スプロケットは、前記構造内に位置する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記ベルトの追加的な支持を提供する前記複数の遊動歯部により、ベルトの経路が定義される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 駆動ベルトは駆動鎖である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記装置は、例えば、温度センサまたは湿度センサ等のセンサを有し、該センサは、操作者が前記構造内の環境を制御することを可能とする表示装置に接続される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記センサは、処理手段及び制御手段に連結され、前記構造内の環境が自動制御されることを可能とする、請求項８に記載の装置。
10. １つ以上のカメラは、前記構造内に位置し、前記植物の栽培の視覚映像及び／または記録を提供する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 栄養液の桶型容器を一杯及び空にするためのポンプを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記構造の床面は、建物屋上から成る、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装
13. １つ以上のレーザが、前記構造内に設けられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
14. 添付図面の参照及び例示により本明細書に実質的に記載される様な装置。
15. 植物を栽培する方法であって、
    （ｉ）容器内に植物を配置すること；
    （ｉｉ）間隙を介して並行関係に配置され、かつ、閉路周辺の同期運動のために設けられた２つのエンドレスベルトの間に、前記容器を自由に吊るすこと、
    （ｉｉｉ）栄養溶液を桶型容器に追加すること、
    （ｉｖ）ベルトの経路は、例えば、その少なくとも一部分において、前記容器及び前記植物を栄養溶液に浸し、前記植物に栄養素及び水を与えた後、前記容器及び前記植物を前記栄養溶液から取り除くこと、
    （ｖ）前記経路は、制御環境を有する空間内に限定されること、
    の各工程を含む：方法。