JP2019500059A - 自律的な植物育成システム - Google Patents
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Abstract
本発明は、植物を自動的に育成することを可能にするための植物育成ユニットに関し、ａ）前側部分、２つのサイドパネル、トップパネル、ボトムパネル、及びバックパネルにより画成された内部容積を有する本体と；ｂ）前記植物の各成長状態に対する最適な照明条件を提供するために前記内部容積内の照明条件を自動的に調節することを可能にするための少なくとも１つの調節可能な照明組立体と；ｃ）気耕栽培組立体及び水耕栽培組立体として機能する灌水組立体と；ｄ）前記植物の状態及び前記内部容積内の育成環境を表すデータを得るための１以上のセンサと；ｅ）前記調節可能な照明組立体及び前記灌水組立体を自動的に制御するように、且つ、前記植物の成長状態中にそれぞれの育成プロセス作業を自己実行するように構成された制御ユニットと、を備えている。
【選択図】図１Ａ
【選択図】図１Ａ
Description
本発明は、屋内で植物（単数又は複数）を育成するシステムの分野に関する。より詳細には、本発明は、植物を自動的に育成することを可能にする自律的な植物育成システムに関し、さらに、このシステムを、気耕栽培プロセス及び水耕栽培プロセスと組み合わせ得る。
家内農業の人気が高まっている。植物育成システムは、屋内植物栽培のための人工的な環境を、外部の気候因子の干渉を全て回避することにより創出すべきであり、これにより、栽培環境の正確なシミュレーション、高品質植物の生産、高収穫量が、栽培パターンの比類なき利点と共に実現される。
本発明の目的は、植物の成長及び発育のための、植物の成長状態に関する最適な照明条件及び灌水を含む知的環境シミュレーションを適用できるシステムを提供することである。
本発明の別の目的は、内部容積及び高さに関して制限された空間を有する閉鎖ユニット内で、比較的背高の植物を育成することを可能にするシステムを提供することである。
本発明のその他の目的及び利点は、説明が進むにつれて明らかになろう。
本発明は、植物を自動的に育成することを可能にするための植物育成ユニットに関する。この育成ユニットは、ａ）前側部分、２つのサイドパネル、トップパネル、ボトムパネル、及びバックパネルにより画成された内部容積を有する本体と；ｂ）前記植物の各成長状態に対する最適な照明条件を提供するように前記内部容積内の照明条件を自動的に調節することを可能にするための少なくとも１つの調節可能な照明組立体と；ｃ）気耕栽培組立体及び水耕栽培組立体として機能する灌水組立体と；ｄ）前記植物の状態及び前記内部容積内の育成環境を表すデータを得るための１以上のセンサと；ｅ）前記調節可能な照明組立体及び前記灌水組立体を自動的に制するように、且つ、前記植物の成長状態中にそれぞれの育成プロセス動作を自己実行するように構成された制御ユニットと、を備えている。
本発明の一実施形態によれば、前記ユニットは、さらに、前記内部容積内の温度及び湿度の制御を可能にするための空調及び空気循環システムを備えている。
本発明の一実施形態によれば、前記ユニットは、さらに、前記植物の視覚的データを提供するための少なくとも１つのカメラを備え、それにより、前記植物の健康状態を検査すること、及び、前記育成プロセスを監視することを可能にしている。
本発明の一実施形態によれば、前記制御ユニットは、前記調節可能な照明組立体、前記灌水組立体、及び、前記センサに、それぞれの電線及び／又はそれぞれの無線信号を介して電気的に接続されている。
本発明の一実施形態によれば、前記無線信号は、近距離通信（ＮＦＣ）プロトコル、又は、その他のプロトコルを介して提供される。
本発明の一実施形態によれば、前記制御ユニットは、外部コンピュータ装置、特にはモバイル装置と、無線又は有線通信手段を介して通信するように構成されている。
本発明の一実施形態によれば、前記ユニットは、さらに、少なくとも１つの栄養供給源を含み、これは、具体的には、植物が必要とする１以上のミネラルを含む溶液の形態である。
本発明の一実施形態によれば、前記制御ユニットは、施肥プロセスを自動的に制御するように、且つ、前記溶液のｐＨのバランスをとるように構成されている。
この説明の全体を通じて、用語「リザーバ」(“reservoir”)は、液体／溶液を保持するように適合された容器を示すために用いられる。この用語は、いかなる特定の形状、構成材料、及び形状寸法も意味するものではなく、本発明は全ての適切な容器に適用可能である。
ここで、本発明の幾つかの実施形態を参照する。これらの例が添付図面に示されている。実行可能な限り、類似の又は同様の参照番号が図面中に使用され、これらは、類似の又は同様の機能を示し得る。図面は、本発明の実施形態を単に例示のために示している。当業者であれば、本明細書に例示された構造及び方法の代替実施形態を、本明細書に記載された本発明の原理から逸脱せずに使用し得ることを容易に認識するであろう。
本明細書で使用する用語「例として」(“for example”)、「例えば」(“e. g”)、「任意選択的に」(“optionally”)、は、非限定的な例を紹介するために用いられる。幾つかの例示的なシステム構成要素又はサービスに対し、特定の言及がなされているが、その他の構成要素及びサービスも同様に使用でき、且つ／又は、例示的な構成要素を、より少数の構成要素に組み込むことも、及び／若しくは、さらなる構成要素に分割することもできる。
図５は、本発明の一実施形態による、自律的な植物育成システム１００を概略的に示す。システム１００は、育成ユニット１を備え、育成ユニット１は、少なくとも１つの調節可能な照明組立体１１、灌水組立体１５、１以上の栄養供給源１６、制御ユニット２１、１以上のセンサ２２、少なくとも１つのカメラ２３、及び、通信ユニット２４を含む。育成ユニット１は、外部のコンピュータデバイス、例えばモバイルデバイス２５と、データネットワーク２６（インターネットなど）を介して通信でき、これにより、これらの間でのデータ交換を可能にしている。
図１Ａ〜図１Ｅは、本発明に関連して使用され得る育成ユニット１の構造を示す。この実施形態において、育成ユニット１は、内部容積５を有する本体を有し、内部容積５は、前側部分４（ユニットのドアとしても使用される）、２つのサイドパネル３、トップパネル２、ボトムパネル６、及びバックパネル７により画成されている。これらの図に示されているように、育成ユニット１の本体は、クローゼット又は冷蔵庫の形態を有し得る。
灌水組立体１５は、気耕栽培組立体と水耕栽培組立体との組合せとして機能し得る。育成プロセス中の植物の状態、及び、育成ユニット１の内部容積内の育成環境の状態を示すデータを得るために、１以上のセンサ２２（例えば、ｐＨ、ＣＯ２、湿度、温度など）を使用できる。制御ユニット２１は、調節可能な照明組立体１１及び灌水組立体１５を自動的に制御するように、また、それぞれの育成プロセス作業（例えば、特定のタイミング及び量の栄養供給）を自己実行するように構成されている。灌水、施肥、照明の条件を制御することにより、内部容積及び高さが制限された空間を有する閉鎖されたユニット内で、本質的に背高の植物を効率的に成長させ得る自律的な植物育成システムが得られる。
本発明の一実施形態によれば、育成ユニット１は、自動施肥システムとしても使用されるように構成される。このような構成において、育成ユニット１は、植物が必要とする１以上のミネラルを含み得る少なくとも１つの栄養供給源１６（例えば、ボトルのような適切なリザーバ内に貯蔵された溶液の形態）と、溶液中のミネラルを制御することを可能にするための導電率（ＥＣ）センサ及びｐＨセンサとを備えている。それにより、植物が育成プロセス中に必要とするものを植物が自動的に消費することを可能にしている。
制御ユニット２１は、調節可能な照明組立体１１、灌水組立体１５、栄養供給源１６及びセンサ２２に、それぞれの電線を介して、及び／又は、それぞれの無線信号（例えば近距離通信（ＮＦＣ））若しくは、無線通信の確立を可能にするその他の無線プロトコルを介して電気的に接続されている。
調節可能な照明組立体１１は、１以上の光源１２（例えばＬＥＤ）を含み、これにより、育成ユニット１内の植物（例えば、ポットに植え付けられた植物）が、光源１２から放射される光により照射される。調節可能な照明組立体１１は、制御ユニット２１が光源１２の高さ及び照射角度を、植物の成長状態及び段階に応じて自動的に調節することを可能にしている。さらに、制御ユニット２１は、照明組立体１１の照明強度も制御し得る。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、調節可能な照明組立体１１の異なる可能な位置の例を示す。例えば、育成プロセスの初期段階において、植物の高さは比較的低く（例えば、数センチメートル、例えば２ｃｍ〜５ｃｍ）であるため、制御ユニットは、調節可能な照明組立体１１に、植物に向かって、（例えば、図３Ａに示されているように）移動するように（すなわち、可能な限り近づくように）指示し得る。植物が成長し続けると、図３Ｂ及び図３Ｃに示されているように、調節可能な照明組立体１１は、植物の高さ及び／又は成長状態に最適に適合されるように上方移動されることができ、また、光源１２の照射角度が調節され得る（点線矢印は光の方向を示す）。
植物がＬＥＤ光から適切な（例えば、５０ｃｍよりも遠くない）距離にある必要があるため、光合成が可能な限り効率的であるようにするために、植物の成長に従って光システムがそれ自体で調節を行うことに留意すべきである。例えば、照明組立体１１は、育成プロセス中の植物の高さに対して植物からの距離を効果的に調節するために移動し得る。この構成は、既存の植物育成システムの多くの欠点を、特には、制限された空間での背高の植物の育成に関して排除する。つまり、植物の成長のためのＬＥＤライトは既存であるが、それらのライトのいずれも、距離の問題に関して、実際、本発明のシステムが提案するようには特定も言及もされていない。本発明は、植物の高さの完全な制御を得ることを可能にする。育成ユニット１は、ユニット１の内部容積の寸法に対して植物がどれだけ背高に成長するかの制御を可能にする。
本発明の一実施形態によれば、調節可能な照明組立体１１は、調節可能な照明組立体１１を、育成コンパートメントを画成している内面（例えば、サイドパネル３又はトップパネル２の内面）に取り付けるための壁取り付け要素１４を含み得る。調節可能な照明組立体１１の位置を調節するために、符号１３により示されているような偏向機構（例えば、ピストン状の構成）を使用できる。
ここで図４を参照すると、灌水組立体１５は、少なくとも１つのポンプ４１、分配パイプ４２、１以上のスプレーノズル４３、及び、少なくとも１つの流体リザーバ（図示せず）を含み得る。この実施形態において、図４に示されているように、灌水組立体１５の要素の幾つかが、ユニット１のボトムパネル６の内部に配置されている。
灌水は、気耕栽培組立体及び水耕栽培組立体として機能し得る。これらの組立体の両方を通して、１以上の栄養供給源１６（例えば、ボトルの形態のリザーバ）からの水及び栄養物が流体リザーバに配送され、そしてそこから植物に、少なくとも１つのポンプ４１により配送される。本発明の一実施形態によれば、育成ユニット１は、幾つかのリザーバ（すなわち、栄養供給源１６）を含み、それらの各々が異なる内容を含み得る。例えば、１つのリザーバは水を含むことができ、別のリザーバは、栄養物、例えば液体肥料又はその他の肥料を含み得る。灌水組立体１５は、必要とされる水及び栄養物を、制御された方法で（例えば、制御ユニット２１による指示に従って）供給する。例えば、灌水組立体１５は、栄養供給源１６と協働で、水駆動式灌注システムとして機能でき、先進的肥料及びその他の製品を灌水ラインに（すなわち、分配パイプ４２に）供給する。
以下に、育成ユニット１の可能な構成の例を説明する。この例において、肥料及び栄養物が容器に入れられて、これらの容器から流体リザーバ（育成ユニット１の底部に配置され得る）に配送される。そして、流体リザーバから、２つの別々のポンプ４１（その他の構成においては、２つより多数のポンプが用いられ得る）が、栄養物及びミネラルを含んだ水を、流体リザーバから植物の根に、パイプ４２及びスプレーノズル４３を介して配送する。
本発明の一実施形態によれば、植物は水よりも僅かに上に配置され、植物の根の約１／３が水中に浸漬され、約２／３が空気中に残される。ポンプは根の隣りにあり、ミネラルを含んだ水をスプレーする。これが、本発明のシステムが気耕栽培プロセスと水耕栽培プロセスとを同時に組み合わせることを可能にする方法である。
上述の自動施肥システムに関し、ＥＣ＆ＰＨセンサは、ミネラルのレベル及びＰＨのレベルを制御し、植物が必要とするときに、植物に（根にスプレーすることにより）自動的及び正確に供給する。
気耕栽培組立体において、流体リザーバは、ポンプによりスプレーノズルに配送される液体（例えば、水及び栄養物）を貯蔵し得る。ポンプは、ポンプが水及び栄養物の流れをパイプに導入させることを可能にするために、流体リザーバ内に取り付けられ得る。スプレーノズルは、ミスト環境での植物育成プロセスを可能にする。流体リザーバは、分配パイプに、ポンプを介して流体連通している。これにより、ポンプは、水及び栄養物を流体リザーバから分配パイプに導入できる。さらに、分配パイプはスプレーノズルと流体連通しており、水及び栄養物が少なくとも１つのスプレーノズルに入ることを可能にしている。少なくとも１つのスプレーノズルは育成ユニット１内に取り付けられて、流体リザーバからの水及び栄養物が植物の根に分配されることを可能にしている。
水耕栽培組立体において、流体リザーバは、分配パイプに配送される液体（例えば、水及び栄養物）を貯蔵し得る。この配送は、根の約１／３が水中に残ることを保証するように行われる。幾つかの実施形態において、分配パイプは、ドリップ灌水システムとして機能するように構成される。
本発明の一実施形態によれば、育成ユニット１は、空調（Ａ／Ｃ）システムを備え、空調（Ａ／Ｃ）システムは、育成ユニット１の内部容積（すなわち、育成コンパートメント）内の温度及び湿気を制御するための空気循環組立体を含む。空調（Ａ／Ｃ）システムは、周囲温度に応じて、加熱又は冷却システムとして機能し得る（例えば、寒い日には、育成ユニット１の内部容積を加熱するようにＡ／Ｃを使用でき、その逆も可能である）。
医療用消費又は他の用途のために、使用前に乾燥される必要のあるタイプの植物もある（例えば、アサ属）。このような乾燥のために、育成ユニット１は、植物に乾燥工程を行うことを可能にする乾燥システムを含み得る。植物のタイプに応じて、乾燥工程は、以下の条件の設定を含み得る。すなわち、
‐育成ユニット１の内部容積を完全に暗くする、
‐温度を所望の値（例えば、摂氏２３度）に設定する、
‐内部容積内の湿度を所望の値（例えば６５％の湿度）に設定する、
‐乾燥工程中に植物の所望の乾燥レベルが得られる（例えば、数日後）まで湿度を（例えば、３５％まで）低下させ得る。
‐育成ユニット１の内部容積を完全に暗くする、
‐温度を所望の値（例えば、摂氏２３度）に設定する、
‐内部容積内の湿度を所望の値（例えば６５％の湿度）に設定する、
‐乾燥工程中に植物の所望の乾燥レベルが得られる（例えば、数日後）まで湿度を（例えば、３５％まで）低下させ得る。
本発明の一実施形態によれば、本発明のシステムは、育成ユニット１内に設置された少なくとも１つのカメラを含む。カメラは、植物の状態を評価及び／又は検査するためのセンサとして使用されることができる（例えば、カメラにより捕捉された画像に適切な画像処理アルゴリズムを適用することにより）。カメラは、様々な用途を有することができ、例えば、ユニット１内の植物の成長速度及び育成プロセスを監視するための、並びに、植物の健康を監視するための検査ツールとして用いられることができ、また、植物の死骸を検出するためのツールとして使用され得る。例えば、検査は、植物の部分、例えば、育成プロセスの異なる段階での葉及び花の寸法の測定及び分析を含み得る。さらに、このような検査及び監視を用いて、ユーザへの警告の発生又は通知の提供が、育成プロセスの自動制御（栄養物、ミネラル水、照明、温度などの供給を制御的に行うことを含み得る）に加えて行われ得る。代替的に又は付加的に、カメラは、植物のライブストリーム放送を可能にするように、例えば、カメラ又は制御ユニットと通信するように適合されたモバイルアプリケーション又はウェブサイトを介しての視聴を可能にするように使用され得る。
幾つかの実施形態において、カメラにより捕捉された画像は、植物の状態を遠隔的に評価及び／又は検査することを可能にするために、外部コンピュータシステム（例えば、サーバ又はクラウドコンピューティング）に送信され得る。
モバイルデバイス、例えばスマートフォン、又はその他の任意の他のコンピュータデバイスを用いて、育成ユニット１と、データネットワーク（例えばインターネット）を介して通信できる。これは、育成ユニット１と相互作用するように構成された専用のモバイルアプリケーション又はその他のソフトウェアを使用して行われる。例えば、モバイルデバイスを使用して、育成プランを制御ユニットに遠隔的に適用でき、育成コンパートメント内の状態を制御でき、植物のライブビデオストリームを見ることができ、或いは、その他の任意の可能なタスク、例えば、育成ユニット１のドアの遠隔的な解除及び開放を実行できる。
例えば、本明細書に記載した、植物育成ユニットを制御する機能は、コンピュータ可読媒体に記憶された実行可能なコード及び命令により実行され得る。これらのコード及び命令は、１以上のプロセッサベースのシステム（制御ユニットの一部、及び、遠隔ステーションにあり得る）上で実行される。当業者であれば、本発明が、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースの又はプログラム可能な家電、ミニコンピュータ、サーバ、クラウドコンピューティングなどを含む様々なコンピュータシステム構成を用いて実施され得ることを理解するであろう。
当業者には理解されるように、図面に記載された構成は、植物の成長及び発育のための、植物の成長状態に関する最適な照明条件及び灌水を含む知的環境シミュレーションを適用できるシステムをもたらす。
上記の説明及び例は全て、説明のために与えられたものであり、本発明を限定することは全く意図されていない。多くの異なる機構、分析方法、電子的及び論理的要素が、それらの全てが本発明の範囲から逸脱することなく用いられ得る。
１ 育成ユニット
２ トップパネル
３ サイドパネル
６ ボトムパネル
７ バックパネル
１１ 照明組立体
１２ 光源
１５ 灌水組立体
１６ 栄養供給源
２１ 制御ユニット
２２ センサ
２３ カメラ
２４ 通信ユニット
２５ モバイルデバイス
４１ ポンプ
４２ 分配パイプ
４３ スプレーノズル
１００ 植物育成システム
２ トップパネル
３ サイドパネル
６ ボトムパネル
７ バックパネル
１１ 照明組立体
１２ 光源
１５ 灌水組立体
１６ 栄養供給源
２１ 制御ユニット
２２ センサ
２３ カメラ
２４ 通信ユニット
２５ モバイルデバイス
４１ ポンプ
４２ 分配パイプ
４３ スプレーノズル
１００ 植物育成システム
Claims (8)
- 植物を自動的に育成することを可能にするための植物育成ユニットであって、
ａ）前側部分、２つのサイドパネル、トップパネル、ボトムパネル、及びバックパネルにより画成された内部容積を有する本体と、
ｂ）前記植物の各成長状態に対する最適な照明条件を提供するために前記内部容積内の照明条件を自動的に調節することを可能にするための少なくとも１つの調節可能な照明組立体と、
ｃ）気耕栽培組立体及び水耕栽培組立体として機能する灌水組立体と、
ｄ）前記植物の状態及び前記内部容積内の育成環境を表すデータを得るための１以上のセンサと、
ｅ）前記調節可能な照明組立体及び前記灌水組立体を自動的に制御するように、且つ、前記植物の成長状態中にそれぞれの育成プロセス作業を自己実行するように構成された制御ユニットと、を備えた、植物育成ユニット。 - さらに、前記内部容積内の温度及び湿度の制御を可能にするための空調及び空気循環システムを備えた、請求項１に記載のユニット。
- さらに、前記植物の視覚的データを提供するように適合された少なくとも１つのカメラを備えた、請求項１に記載のユニット。
- 前記制御ユニットが、前記調節可能な照明組立体、前記灌水組立体、及び前記センサに、それぞれの電線及び／又はそれぞれの無線信号を介して電気的に接続されている、請求項１に記載のユニット。
- 無線信号が、近距離通信（ＮＦＣ）プロトコル、又は、電子ユニットが互いに無線通信を確立することを可能にするその他のプロトコルを介して提供される、請求項１に記載のユニット。
- 前記制御ユニットが、外部コンピュータ装置、特にはモバイル装置と、無線又は有線通信手段を介して通信するように構成されている、請求項１に記載のユニット。
- さらに、少なくとも１つの栄養供給源を、具体的には、植物が必要とする１以上のミネラルを含む溶液の形態で含む、請求項１に記載のユニット。
- 前記制御ユニットが、施肥プロセスを自動的に制御し、且つ前記溶液のｐＨのバランスをとるように構成されている、請求項７に記載のユニット。
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