JP2020505071A - 農業システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、農業システム及び農業方法に関する。特に、屋内農業用システムであり、該システムは、少なくとも１つの育成ラックを備え、少なくとも１つの育成ラックは複数のセルを有し；複数の農業モジュールを備え、各農業モジュールはセルに格納されるように構成され、各農業モジュールは少なくとも１つのタイプの植物を育成させるように格納されており；各対応するセル内／セルから複数の農業モジュールそれぞれを移動させるように構成された機械を備えるシステムであって、複数の農業モジュールそれぞれには、植物のタイプに特有の１つまたは複数の自給式栄養トレイ部分を備え、さらに各農業モジュールは、他の農業モジュールに対して独立している、屋内農業用システムである。【選択図】図２２

Description

本発明は、農業のためのシステム及び方法に関する。特に、このシステム及び方法は、屋内農業に適しているが、これに限定されない。

本発明の背景技術についての以下の説明は、本発明の理解を容易にすることのみを意図している。この説明は、言及された内容のいずれも、本発明の優先日に、いずれの管轄区域においても当業者の一般技術常識として公開、公知、またはその一部であったことを認識または容認するものではない。

土地が不足している国々は、土地集約型の伝統的な野菜農業の課題に直面している。その結果、野菜に対する需要の大部分は輸入によって満たされる。しかし、野菜の輸入に過度に依存することは、野菜の量と価格が変動しやすいため、理想的ではない。土地の少ない国で効率的に野菜を生産できることは、突然の供給の中断に対する重要な緩衝材として働くことができる。

伝統的な野菜農業の別の課題は、制御不能な環境要因および害虫のために生産性が低いことである。これらには、長期間にわたる大雨または干ばつ、並びに風で運ばれる胞子を介して他の国から広がり得る病気、および土壌浸食または汚染に起因する土壌損傷が含まれる。さらに、昆虫のような害虫への曝露は、野菜作物の品質および収量を破壊し得る。

伝統的な野菜農業のさらなる課題は、人手不足である。先進国では、農業の拡張性と生産性を制限するキャリアとして、若い世代が農業への関心を持つことが少ない。

前述の問題のいくつかを軽減するために、様々な農業解決策が開発されてきた。例えば、土地不足のニーズに対処するために、「垂直農業」ソリューションが開発されてきた。しかしながら、そのような「垂直農場」は、典型的には、適切な栄養分／水の循環システムを必要とする。主な欠点は、そのような循環システムが植物関連病気の広がりの影響を受けやすいことであり、すなわち、垂直農場システムの一部における病気の植物が、病気の植物からウイルスまたは細菌を運ぶ流体の循環のために、同じ垂直農場システム内の他の植物に広がり得ることである。別の欠点は、循環システムを支えるために、このような垂直農業ソリューションにおいて比較的多数の可動部品が存在することである。屋外垂直農業ソリューションはまた、温度、天候、太陽光強度などの変化に影響されやすい。さらに、循環システムにおいて、栽培された植物および野菜を含むトレイの洗浄は、容易に行われ得ず、これらの育成された生産物の成長と競合し得る藻類の成長を不注意に導くことである。水耕栽培に基づく農業では、栄養分のバランスをとるために一定の水循環を提供するというさらなる課題がある。その結果、水循環のための水耕コンテナ間の水接続の必要性は、少なくとも水漏れの危険性のために、水耕栽培に基づく農業の可能性を垂直方向に拡大することを制限する。

したがって、前述の問題を改善するためのより良好な解決策が必要とされている。

文脈上他の意味を必要としない限り、文脈全体を通して、「構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」の用語や「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」や「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のような変形は、記載された完全体や完全体のグループを含むが、任意の他の完全体や完全体クループを排除しないことを意味すると理解される。

さらに、本明細書全体を通して、文脈上他の意味を必要としない限り、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」の用語や「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」や「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」のような変形は、記載された完全体や完全体のグループを含むが、任意の他の完全体や完全体クループを排除しないことを意味すると理解される。

提供されるべき技術的解決策は、複数の農場モジュールの配置であり、各農場モジュールは、別の農場モジュールの上または下に、または隣接して積み重ねるように適合され、各農場モジュールは、高度に自動化され、空間効率が高く、土壌に基づく病気の影響を受けにくい農業システムを達成する水耕栽培の原理に基づいて、少なくとも１つのタイプの作物または植物を成長させるのに自給自足となっている。

革新的なソリューションは、物流管理の原理と農業ソリューションを組み合わせることを目指している。

本発明は、積層又は垂直農業のためのシステム及び方法を提供しようとするものである。特に、このシステムおよび方法は、垂直水耕栽培農業に適しているが、これに限定されない。

本発明の一態様によれば、屋内農業用システムであって、少なくとも１つの育成ラックを備え、少なくとも１つの育成ラックは複数のセルを有し、複数の農業モジュールと、各農業モジュールはセルに格納されるように構成され、各農業モジュールは少なくとも１つのタイプの植物を育成させるように構成されており、各対応するセル内／セルから複数の農業モジュールのそれぞれを移動させるように構成された機械とを備え、複数の農業モジュールのそれぞれには、植物のタイプに特有の１つまたは複数の自給式栄養トレイ部分を備え、各農業モジュールは、他の農業モジュールに対して独立している。育成ラックやセルは、植物および野菜の育成を限定しない種々の目的に適している。機械は、農業モジュールを運搬、移動、および／または保持することができ、いかなる特定の動作にも限定されない。有利には、多層にした育成ラックの特性は、農業モジュールを積み重ねたり回収することによって野菜を栽培することを可能にするので、スペース効率がよい。農業用モジュールが互いに独立していることにより、栄養分または水などの流体を循環させるための導管またはパイプを備える必要がなくなる。したがって、本発明はまた、配管設備を必要とせずに、農業用セル間の１つまたは複数の寸法（高さなど）が調整可能であるため、有利である。したがって、農業システムは、植物、野菜、および花（ｆｌｏｒａｌ）／花（ｆｌｏｗｅｒｓ）などのあらゆる種類の園芸および農業の栽培に適応することができる。さらに、個々の農業モジュールは別の農業モジュールに対して独立して配置されているため、１つまたは複数の機械による保管および回収の容易さを達成する。さらに、本発明は、農業における産業用貯蔵および回収システムを利用することができ、生きた農産物の貯蔵および移動のための物流技術を組み合わせることができるので、有利である。

本発明の別の態様によれば、屋内農業用の方法であって、第１の農業モジュールの農業トレイ内に発芽する種子をまくステップと、第１の育成ラックのセル内に第１の農業モジュールの農業トレイを格納するステップと、第１の育成ラックから第１の農業モジュールの農業トレイを回収するステップと、発芽した種子から第２の農業モジュールの農業トレイに苗を移植するステップと、第２の育成ラックのセル内に第２の農業モジュールの農業トレイを格納するステップとを含み、当該方法は、農業トレイのそれぞれに、ある種類の植物の育成のために特定の液体栄養分を充填するステップを含み、各農業モジュールは、他の農業モジュールに対して独立している。有利には、農業の育苗段階と成長段階とを切り離すことは、空間効率を向上させる。本発明の方法（ｐｒｏｃｅｓｓ）は、自動化されたプロセスであり、労働コストを低減し、効率を高めるので有利である。

本発明の他の態様は、添付の図面と併せて本発明の特定の実施形態の以下の説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。

本発明は、添付の図面を参照して、単に一例として説明される。
図１は、垂直農場の種々の等角図を示す。
図２は、垂直農場の平面図および側面図を示す設計図である。
図３は、育成ラックの通路に沿った車両の移動経路を示す、垂直農場の拡大平面図である。
図４は、育成トレイと、各育成トレイ上の複数のＬＥＤとを備えるモジュール式ユニットの実施形態を示す。
図５は、垂直農業のプロセスにおける様々なステップを示す。
図６は、農業運転管理システム（ＦＯＭＳ）の統合された性質を概略的に示す。
図７は、上流顧客注文とＦＯＭＳとの統合を示すフローチャートである。
図８は、顧客または消費者の注文を管理するためのＦＯＭＳ内の様々なモジュールの機能を要約している。
図９は、他のオフラインプロセスと連携してＦＯＭＳによって管理される生産または農業プロセスを示すフローチャートである。
図１０は、生産または農業プロセスを管理するためのＦＯＭＳにおける種々のモジュールの機能を要約する。
図１１は、ＦＯＭＳによる材料及び／又は設備在庫の管理を示すフローチャートである。
図１２は、材料および／または装置の在庫を管理するためのＦＯＭＳ内の様々なモジュールの機能を要約している。
図１３は、ＦＯＭＳによる最終製品在庫管理を示すフローチャートである。
図１４は、ＦＯＭＳによる最終製品の納入プロセスの管理を示すフローチャートである。
図１５は、最終製品の配送プロセスを管理するためのＦＯＭＳ内の様々なモジュールの機能を要約している。
図１６は、ＦＯＭＳ内の環境監視及び制御システムを示すブロック図である。
図１７は、農場の環境を監視および制御するためのＦＯＭＳにおける様々なモジュールの機能を要約する。
図１８は、屋内農業の研究・開発を管理するためのＦＯＭＳにおける種々のモジュールの機能を要約する。
図１９は、自給式（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）または自給式（ｓｅｌｆ−ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）農業用トレイの側面図および平面図を示す設計図である。
図２０は、蓋または植付け板の平面図を示す設計図である。
図２１は、野菜栽培プロセスのフローチャートである。
図２２は、本発明の好ましい実施形態の構成要素を含む農業システム全体の概要である。
図２３は、ケージの形態の農業モジュールの例、およびそのケージ／フレームの特性である。
図２４は、ケージ／フレームの形態の農業モジュールの設計の実施形態である。
図２５は、好ましいケージ／フレームサイクル運動を示す図である。

本明細書を通して、文脈上他の意味を必要としない限り、文脈全体を通して、「構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」の用語や「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」や「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のような変形は、記載された完全体や完全体のグループを含むが、任意の他の完全体や完全体クループを排除しないことを意味すると理解される。

さらに、本明細書を通して、文脈上他の意味を必要としない限り、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」の用語や「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」や「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」のような変形は、記載された完全体や完全体のグループを含むが、任意の他の完全体や完全体クループを排除しないことを意味すると理解される。

図１に示す本発明の一態様によれば、様々なタイプの植物を栽培するための農業システム１００がある。農業システム１００は、１つ以上の育成棚および／または物流管理に典型的に利用される１つ以上のラックを含み、野菜または果物などの異なるタイプの植物が屋内環境において少なくとも１つの棚および／またはラック内で育成することができる高さまで拡張することができる。さらに、植物は、自動化された様式で収穫され得る。育成ラックは、植物が内部で成長することを可能にする育成セルを保持するために、および１つ以上の種類の植物または野菜が成長することができる貯蔵および保持目的のために適している。

好ましい実施形態では、農業システム１００は、以下の要素を含む。
・農業用床のハードウェアおよび制御ソフトウェア、１つ以上の農業用モジュールの積込み及び積降ろし、水／栄養分の供給及び照明を含む自動システム。
・温度、湿度、ＣＯ^２／水素濃度制御、換気などのパラメータを制御する環境制御システム、および
・前述のシステムを統合し、農場内での農業プロセスの効果的な運営を提供する農場運営管理システムを提供する。

図２１は、本発明の野菜栽培プロセスの実施形態の概要を示す。

様々な要素は、以下でさらに詳細に説明される。上記要素を含む農業システムの概要を図２２に示す。

農業システム１００は、屋内環境を屋外環境から仕切る又は隔離する建物又は囲い１０２を備える。様々な実施形態では、建物又は囲い１０２の壁は、屋外の放射線が建物１０２に入るのを防ぐために不透明であってもよい。さらに、壁は、屋外環境との熱交換を最小限に抑えるために、十分に断熱されていてもよい。建物又は囲い１０２は、また、ある種の植物を栽培するのに適した所望の温度範囲を提供するために、空調機などの温度調節器を装備してもよい。壁および／または障壁の前述の仕切り機能は、室内環境をより正確に制御することを可能にする。さらに、壁は、害虫に対する障壁を形成してもよく、または害虫を無力化、不動化、もしくは殺すための化学薬品、機器などの適用を含んでもよい。

建物又は囲い１０２は、製品の保管に適した倉庫であってもよいが、以下に記載されるように、植物を成長させるのに適応させてもよい。

建物１０２は、少なくとも１つの育成ラックを収容するが、典型的には、野菜および／または果物などの植物を成長させるために使用される農業モジュール１０６を格納するために使用され得る複数の育成ラックまたは棚１０４を収容する。様々な実施形態では、各育成ラック１０４は、建物１０２の長手方向に細長く、図２の農場レイアウトの側面図に示すように、垂直方向および長手方向に沿って複数の農業モジュール１０６を保管することができる。様々な実施形態では、複数の育成ラック１０４を横方向に配置して、横方向、垂直方向、および長手方向に沿って育成セル（以下、「セル」と呼ぶ）の３次元（３Ｄ）配置を画定することができる。３Ｄ配置内の各セルは、農業モジュール１０６を受取り、貯蔵することができる。したがって、建物１０２は、１つまたは複数の育成ラックを含む育成領域に対応することができることが分かる。

様々な実施形態では、個々の農業モジュール１０６は、１つまたは複数のデバイス又は機械１０８を使用して、育成ラック１０４上に輸送され、積み込まれるか、または積み重ねられる。図１〜図３に示すように、農業モジュール１０６は、育成ラック１０４の３Ｄ配置内の様々なセル上に積み込みまたは積み重ねるために、機械１０８によって
垂直にかつ建物１０２の長手方向に沿って輸送されてもよい。

図３の領域Ａに示すような様々な実施形態では、１つの機械１０８を使用して、２つの対向する育成ラック１０４内のセル上に１つまたは複数の農業モジュール１０６を積み込みまたは積み重ねることができる。図３の領域Ａに示すように、この場合には、機械１０８は、２つの対向する育成ラック１０４を分離する通路に沿って移動可能である。次いで、農業モジュール１０６は、育成ラック１０４のいずれか１つに横向き３０２で装填されてもよい（図３の双方向矢印を参照）。図３の領域Ｂに示されるように、空間効率をさらに高めるために、２つの隣接する育成ラック１０４は、各育成ラック１０４が２つの機械１０８によってサービスされないように、互いに隣接して積み重ねられる。有利には、前述の構成は、農業モジュール１０６が密に詰め込まれるか、または積み重ねられ、同時にアクセス可能であることを可能にする。

様々な実施形態では、各通路（したがって、２つの育成ラック１０４）は、１つの機械１０８を備えることができる。他の実施形態では、１つの機械１０８を２つ以上の通路に同時に使用することができる。様々な実施形態では、各機械１０８は、それぞれの通路に沿って、建物１０２の床および天井にそれぞれ取り付けられた底部軌道１１０および上部軌道１１２によって、建物１０２の長手方向に沿って移動するように案内されてもよい。いくつかの実施形態では、機械１０８は、スタッカー、フォークリフト、または倉庫環境で典型的に利用される他のタイプの輸送機に到達することができる。いくつかの実施形態では、機械１０８は、無人および自動化された方法で、各農業モジュール１０６の保管および取出しのためにプログラム可能である。このような自動化は、各農業モジュール１０６が、ラックまたは棚の位置を示す識別子を含み、機械１０８が、農業モジュール１０６を所望のセルに積み込むように、識別子をスキャンするためのリーダ（単数または複数）を備える、という方法で実現することができる。囲い内の各機械１０８のルートは、プログラムすることができる。

植物の成長は、いくつかの段階に分けることができる。特に、種子から発芽までの段階、発芽から実生までの段階、および実生から完全な成長段階までの段階である。図２に示す様々な実施形態では、システム１０９または囲い１０２は、植物の成長の様々な段階に対応する領域に分離される。

図２を参照すると、育成ラック１０４は、少なくとも２つの異なる領域、すなわち、育苗区域２０２および成長区域２０４に分割され得る。育苗区域２０２は、種子から芽へ、および／または芽から苗へ植物を栽培するために使用される。発芽および実生は、完全に成長した植物と比較してサイズが比較的小さいので、初期発芽および実生段階の間、植物当たりのより小さい面積が必要とされる。このように、育苗区域２０２は、成長区域２０４よりも比較的小さく、各ラックは、より多くの種子／実生を含むことができる。その後、発芽した種子および実生を含む農業モジュールをさらに別のラック／棚に輸送または移植して、成熟するまで成長させる。

異なる段階のために、育成ラック１０４内の農業モジュールの配置は、異なってもよい。同様の寸法のラックの場合、種子から芽の段階は、完全に成長した段階までの実生と比較して、互いにより近くに積み重ねられた、より多くの農業モジュールを含むことを理解されたい。これは、実生から完全に生育する段階の農業モジュールは、植物が成熟するためにより多くの空間を必要とするからである。発芽、実生および成長段階を切り離すことによって、野菜の成長段階に応じて空間が最適に割り当てられるため、生産性が向上する。これは、成熟中の野菜のサイズを予想して、種子が最初に大きな種間間隔で播種される従来の農業とは対照的である。

様々な実施形態では、育苗段階または成長段階などの成長サイクルの様々な段階で使用される農業用トレイ４０４の準備のため、第３の区域２０６があってもよい。様々な実施形態では、農業用トレイ４０４の準備は、栄養分で発泡体を浸漬するステップと、栄養分が浸み込んだ発泡体を農業用トレイ内に設置（ｐｌａｃｉｎｇ）または配置（ａｒｒａｎｇｉｎｇ）するステップとを含むことができる。有利なことに、農業用トレイを事前に準備することは、農業の異なる段階の間に、準備されたままの農業用トレイ４０４に植物を移植するために必要とされる処理時間を低減する。

垂直農業システム１００は、育成ラック１０４のための積み込みおよび積み降ろし区画として働くために、機械１０８のそれぞれの積み込みプラットフォーム１１４に結合された仕分け輸送車両（ＳＴＶ）ループ１１６をさらに備えることができる。様々な実施形態では、ＳＴＶループ１１６は、育苗室内の苗木が移植され、建物１０２の横方向に沿って、積載のために成長区域内のそれぞれの指定された育成ラック１０４の機械１０８へ積載地点１１８に輸送された後、積載地点１１８で農業モジュール１０６を受け取ることができる。様々な実施形態において、ＳＴＶループ１１６はまた、３Ｄ配置された育成ラック１０４から取り出された農業モジュール１０６を、成熟野菜を含む農業モジュール１０６を育成ラック１０４から運搬し、収穫することができる収穫点１２０に運ぶこともできる。その後、収穫された野菜は、梱包され、配送のために貨物トラック１２２上に直接積み込まれてもよい。

農業システムのレイアウト（図示せず）は、異なるセグメントに分割されるホール（ｈａｌｌ）を備えてもよい。好ましい実施形態では、加えて、ホールは、好ましくは各フロアが成長領域に接続／隣接して配置される複数のフロアを含むことができる。例えば、２つのフロアがあってもよく、１つのフロアは、育苗、播種および移植のためであり、育成ラックおよび植物および野菜の様々な生育段階が行われるように材料を供給し、他のフロアは、野菜を収穫し、箱に詰めるためであってもよい。当然のことながら、本発明は、これらのフロア上で起こり得る他の活動を含む。これは、農業システムに利用可能なスペースを最適化するので有利である。図４に示す様々な実施形態では、農業モジュール１０６は、垂直方向に離間した複数の農業トレイ４０４を支持するための３Ｄフレーム４０２を含むことができる。フレーム４０２は、ケージと呼ばれることもある。垂直方向の間隔は、成長の各段階で野菜が垂直方向に成長するのに十分な空間を可能にする。様々な実施形態において、１つ以上のＬＥＤ照明４０６は、植物の成長に必要な光合成のための人工光を提供するために、各農業トレイ４０４の上方に設置されてもよい。ＬＥＤ照明は、育成ラック／棚１０４のセル上の適切な場所または位置、例えば、水平な梁またはバー（ｂａｒ）に予め設置され得る。

いくつかの実施形態では、図２３に見られるように、各農業モジュール１０６は、構造用鋼で作られたケージ状フレーム４０２で作ることができる。フレーム４０２は、農業用トレイ及びＬＥＤ照明システムを収容する。図２３（ａ）は、フレーム４０２の材料特性をリストした表である。好ましい実施形態では、図２３（ｂ）に示すように、作業条件での３つのトレイの総重量は約１１０ｋｇであり、照明システムは１５ｋｇである。いくつかの実施形態では、フレーム４０２は、少なくとも１つの農業用トレイ、好ましくは３つの農業用トレイを保持するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、フレーム４０２は、成長サイクルの開始時に、５．３メートル／秒の速度での垂直移動と水平移動との組合せによって、農業モジュール１０６に装填される。したがって、フレーム４０２は、静的負荷および動的負荷の両方を受ける。図２４は、フレーム４０２の設計の好ましい実施形態を示す。

各フレーム４０２は、３〜４個のトレイ４０４を垂直に収容するように設計されている。各トレイ４０４間の最適化された空間は、トレイの高さ、照明システム、および野菜のタイプ／サイズによって決定される。

照明システムは、照明と平均した野菜の頂点との間の距離Ｓを決定し、これは、以下の式によって計算することができる。

ここで、βはライト間の距離、αは光の拡散角、Ｄは成長する野菜の中で指定された最も高い野菜の高さとライトとの間の距離、ｃは指定されたタイプの中で最も高い野菜と最も短い野菜との間のギャップである。したがって、各トレイのフレーム４０２の全高は、高さ（Ｈ）＝Ｔ＋Ｐ＋Ｓ＋Ｌ＋Ｍであり、ここで、Ｔはトレイ４０４の高さであり、Ｐは野菜の高さであり、ＬはＬＥＤ照明モジュールの高さであり、ＭはＬＥＤデバイス取付け部の高さである。

様々な実施形態では、ＬＥＤ照明４０６と農業用トレイ４０４との間の距離は、植物の葉に入射する光の強度を制御するために調整可能であってもよい。農業モジュール１０６が育成ラック１０４に装填されるときにＬＥＤ照明４０６に電力を供給するために、各農業モジュール１０６は、ＬＥＤ照明４０６のアレイに電気的に接続される第１の中央電気部品を備えて設置されてもよい。これに応じて、育成ラック１０４内のセルには、農業モジュール１０６が育成ラック１０４上に積み込みまたは取り付けられ、電力が流れるようにして、農業モジュール１０６上に配置されたＬＥＤ照明および／または他の電気機器を作動させるときに、第１の中央電気部品と結合するための第２の電気部品を備えて設置される。第１の中央電気部品および第２の電気部品は、農業モジュール１０６が保管のために育成ラック１０４に挿入されるときに、ＬＥＤ照明４０６が挿入時にオンに切り替えられるように、成形され、適合／整列されてもよい。様々な実施形態では、育成ラック１０４から農業モジュール１０６を取り外す（ｒｅｍｏｖｉｎｇ）か、または取り外す（ｕｎｍｏｕｎｔｉｎｇ）と、第１の中央電気部品が第２の電気部品から切り離され、ＬＥＤ照明４０６は、取り外し時にオフに切り替えられる。

有利には、ＬＥＤ照明４０６の使用は、蛍光灯または白熱電球などの他のタイプの光源と比較してエネルギー効率がよい。さらに、ＬＥＤ４０６の狭帯域放射は、人工太陽光のスペクトルが、異なる野菜または植物品種の最適な成長のために、より正確に調整されることを可能にする。さらに、人工太陽光は、変化する傾向がある従来の太陽光と比較して、一定の方式で（照明のサイクルを予め規定することによって）野菜に提供され得る。有利には、植物または野菜の成長速度が増加し、より迅速な収穫を可能にする。

様々な実施形態では、農業用トレイ４０４は、土壌ベースの農業に関連する問題を根絶する水耕ベース（土壌なし）である。少なくとも図１９および図２０に示されるような様々な実施形態では、各農業トレイ４０４は、植付けボード上に作製された複数の穴を通して農業トレイ４０４内の適所に保持される栄養分を含浸させた成長培地上で植物または野菜が生育されるときに、水の循環を必要とせずに自給式であってもよく、植付けボードは、農業トレイ４０４の主な凹部内の適所に嵌め込まれて保持される。有利なことに、農業用トレイ４０４の自給式の性質は、水循環のためのパイプの設置の必要性を排除し、育成ラック１０４が垂直に拡大することを可能にする。様々な実施形態では、成長培地は発泡体（ｆｏａｍ）であってもよい。様々な実施形態において、発泡体は、ポリウレタンベースであってもよい。発泡体の密度又は多孔度は、発泡体に吸収される栄養分の量を調節するために最適化又は調整することができる。有利には、前述のことは、発泡体を異なる植物品種に適応させることを可能にする。

各栄養分が載せられたトレイは、植物成長のための栄養液を保持する。苗木野菜が農業用トレイ４０４に植え付けられた後、例えば機械１０８を使用して、農業用トレイ４０４をフレーム４０２内でモジュール１０６に移動させる。これは、図２５に示すように、垂直方向と水平方向の両方の開始、加速、減速、および停止を伴う。農業用トレイ４０２から栄養液がこぼれるのを回避するために、機械１０８を使用してトレイを持ち上げる加速および減速が制御される。これは、例えば、トレイ４０２に、液体とトレイとの間の相対運動を全くまたはほとんど生じさせない加速度で移動を開始させ、トレイが停止する前に液体の運動量が完全に吸収されるようにすることによって行うことができる。液体のこぼれを制御する別の例は、トレイ４０２のくぼみ（ｃａｖｉｔｙ）を仕切って、液体がこぼれるのを防止することである。これは、トレイ内に十字状の仕切り板を入れたり、トレイ内に交差するリブを設けたり、より長い苗床／野菜の地下部のスポンジを使用したり、効果を強化するためにスポンジのライン間のトレイの内側底部からリブを追加することによって行うことができる。様々な実施形態では、仕切りは、農業用トレイ４０２の底部に接触する必要はない。

上述のような様々な実施形態では、苗床および育成用の少なくとも２つのタイプの農業用トレイ４０４があってもよい。穴（ホール）は、植え付け板に設けることができる。この点で、種子を保持するために苗床用の農業用トレイ４０４の主凹部に取り付けられた蓋または植付け板の切り抜き穴は、育成段階の農業用トレイ４０４の蓋または植付け板の切り抜き穴と比べて、比較的近接して配置されてもよい。

本発明の様々な実施形態によれば、複数の機械１０８およびＳＴＶ１１６と通信する中央処理装置（ＣＰＵ）を備える、３Ｄ配置の育成ラック１０４内の農業モジュール１０６の自動格納および回収のための自動回収システムがある。様々な実施形態では、ＣＰＵは、各農業モジュール内の植物の成長段階を含む当該システム内のすべての農業モジュール１０６の状態及び、３Ｄ配置の育成ラック１０４内の位置を追跡する。農業モジュール１０６内のある種の植物に関し、その成長の段階に対応するマイルストーンに達したとき（例えば、１０日後）、自動回収システムは、制御信号を対応する機械１０８に送信して、次の生産段階（例えば、発芽段階から苗（実生（段階又は成長段階から収穫段階）に進むために育成ラック１０４から農業モジュール１０６を回収する。ＣＰＵは、必要な論理制御および制御信号の実装を容易にするために、１つ又は複数のプロセッササーバ及び／又はクラウドサーバを備えてもよい。

機械１０８およびＳＴＶ１１６は、特定の保管位置から自動的に配置や回収を行うための様々なコンピュータ制御システムからなる自動保管・回収システム（ＡＳＲＳ）の一部を構成することができる。アイテムの回収は、所定の時間に回収される農業モジュール１０６を指定することによって達成される。ＣＰＵは、育成ラック１０４内のどこから農業モジュール１０６を回収することができるかを決定し、回収のスケジュールを設定する。機械１０８は、積み荷を保管エリアに出し入れし、それらを製造フロアまたは積み込みドックに移動させる。アイテムを保管するために、パレットまたはトレイがシステムの入力ステーションに配置され、在庫に関する情報がコンピュータ端末に入力され、ＡＳＲＳシステムが積荷を保管エリアに移動させ、アイテムのための適切な位置を決定し、積荷を保管する。アイテムがラックに格納されるか、またはラックから回収されると、コンピュータは、それに応じて、その在庫を更新する。

ＡＳＲＳは、固定通路又は垂直リフトモジュール（ＶＬＭ）の形態とすることができる。

固定通路ＡＳＲＳ内の機械１０８は、単一の支柱またはダブルの支柱で支持され、また、ガイドレールまたは溝によって案内される軌道や天井に支持され、正確な垂直配置を確実にすることができる。様々な実施形態では、機械は天井から吊り下げることができる。機械１０８は、固定された保管棚の間を移動して、農業モジュール１０６を置くか、または取り出す。機械は、通路内を水平に移動し、棚の奥のいくつかの位置に配置された農業モジュール１０６に到達するのに必要な高さまで上昇することができる。

ＶＬＭは、施設内の利用可能な頭上のスペースに適合するように非常に高く構築することができる。複数のユニットを「ポッド（ｐｏｄ）」内に配置することができ、それによって、オペレータは、他のユニットが移動している間に、１つのユニットからアイテムを取り出すことができる。

ＶＬＭは、ボード制御自動垂直リフトモジュールである。ＶＬＭ内の在庫目録は、前部および後部トレイ位置またはレールに保管される。トレイが要求されると、作り付けの制御パッドにトレイ番号を入力することによって、またはソフトウェアを介して部品を要求することによって、抽出器は、トレイの２つの列の間を垂直に移動し、要求されたトレイをその位置から引っ張り、それをアクセスポイントに運ぶ。次に、オペレータは、在庫品を拾い上げるか、または補充し、トレイは、確認の際にそのホームに戻される。ＶＬＭシステムは、屋内の高さを完全に利用するようにカスタマイズすることができる。異なるフロア上の複数のアクセス開口部の能力を用いて、ＶＬＭシステムは、革新的な貯蔵および回収の解決手段を提供することができる。抽出器の迅速な移動ならびに在庫管理ソフトウェアは、選択プロセスの効率を劇的に増加させることができる。

いくつかの実施形態では、建物又は囲い１０２は、ＣＰＵと信号通信するように配置された複数のセンサを備える。そのようなセンサの非網羅的な例は、二酸化炭素センサ、光センサ、温度計、および画像捕捉デバイスを含むことができる。

図１６および図１４に示すように、二酸化炭素センサ、光センサ、温度計、および画像キャプチャ装置などの複数のセンサと、信号／データ通信するＣＰＵを備える農場運営管理システム（ＦＯＭＳ）がある。異なるセンサからのフィードバック情報に基づいて、ＦＯＭＳは、光の強度及び色、温度、湿度並びに二酸化炭素レベルを含む野菜の成長に影響を及ぼす環境要因の制御を可能にする。様々な実施形態では、センサは、ネットワークを形成する建物１０２にわたって空間的に分散され、環境パラメータまたは条件の空間的変動が捕捉され監視されることを可能にする。その後、ＦＯＭＳは、建物１０２の異なる区域で成長している異なる植物品種に対応するために、環境パラメータを空間的に制御することができる。

図６〜図１５に示されるような様々な実施形態において、ＦＯＭＳはまた、野菜またはプラント農業（ｐｌａｎｔ ｆａｒｍｉｎｇ）または生産のバリューチェーンまたは生産チェーンを統合することによって「インテリジェント農業」を可能にし、農業が消費者の要求に応じて動的に管理されることを可能にする。図７に示すような様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、消費者または顧客が植物または野菜を事前に注文するためのプラットフォームとインターフェース接続または通信することができる。消費者は、限定はしないが、植物のタイプ、必要な数量、および納期などの注文情報を提供することができる。その後、ＦＯＭＳは、注文情報を処理し、注文を履行するのに十分な農業資源（例えば、必要な農業トレイ４０４の数および原材料）が利用可能であるかどうかを、データベースに格納された少なくとも１つの在庫情報で検証するように動作可能である。その後、ＦＯＭＳは、作業指示を生成することによって農業資源を割り当て、予約し、所定の日に農業を開始して、植物を納期またはその近くで収穫できるようにする。様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、農業資源の過剰申し込みを防止するように農業資源が割り当てられると、データベース内の少なくとも１つの在庫情報を更新することができる。様々な実施形態では、注文のための農業を開始するための所定の日は、少なくとも納期および注文された植物のタイプの成長サイクルに基づいて計算されてもよい。様々な実施形態では、所定の日はまた、植物を消費者に送達するのに要する時間を考慮に入れることができる。いったん農業または生産プロセスが完了すると、植物または野菜は、納期またはその近くで収穫され、その後、包装され、消費者に配達されてもよい。有利には、少なくとも、農場がプラントの需要の季節的変動を管理することを可能にし、同時に、低コストを維持しながら配達の品質を保証する。

様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、植物の将来の需要を予測するために消費者からの過去の注文情報を分析するために人工知能を利用することができる。有利には、少なくとも、種子、栄養分および発泡体のような原材料が季節的変化を予想して調達されることを可能にし、その結果、不十分な農業資源に起因して注文を拒否する確率が低減される。

ＦＯＭＳは、受注から納品まで、農業のバリューチェーンまたは生産チェーン全体を完全に統合する全体的なプラットフォームとして機能することができる。ＦＯＭＳは、農業資源を割り当てるためにデータベース内の少なくとも１つの在庫情報を更新することによって、設備能力管理（ｐｌａｎｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）を担当することができる。様々な実施形態において、ダッシュボードの形態であり得るユーザインターフェースは、異常が迅速に是正され得るように、農業のバリューチェーン全体における重要なパラメータをオペレータに視覚化し、監視することを可能にするために提供されてもよい。これらのパラメータは、原材料の在庫情報、消費者からの注文情報、センサのネットワークからの情報、および配送状態を含むことができるが、これらに限定されない。

様々な実施形態では、ＦＯＭＳはまた、異常を検出し、オペレータに警告を発するようにプログラムされてもよい。様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、異常を是正するための是正措置をオペレータに提供することができる。例えば、トマトのような特定のタイプの植物を育成するための原材料を枯渇させている特定のタイプの植物に対する需要が急増した場合、ＦＯＭＳは、オペレータに警告を発し、「トマトの種子をもっと購入してください」などの是正措置を推奨することができる。図１１に示されるような様々な実施形態において、ＦＯＭＳはまた、原材料の調達が消費者の要求に従って動的に自動化され、管理され得るように、原材料の供給者と統合されてもよい。例えば、トマトに対する需要が急増した場合、ＦＯＭＳは、トマトの種子、成長培地、およびトマトの育成に適した栄養分を、関連する供給業者に自動的に発注することができる。

ここで、本発明を、植物を栽培するための垂直農業システム１００を操作するプロセスに関連して、より詳細に技術的に説明する。様々な実施形態において、植物を栽培するための屋内垂直農業プロセス５００がある。垂直農業プロセス５００は、発芽の初期段階５０２を含み、これには、育成培地の調製、および育成培地への水および／または栄養分の添加を含む。その後、播種機で種子を培地に播種し、種子を照明および栄養分なしで浸漬する。この場合、種子は、予め決定された日数を経た後に発芽することができる。次の段階は実生（幼苗）段階５０４であり、そこでは、成長培地が、発芽した種子と共に、さらなる栄養分を含有する農業用トレイ４０４に移送される。農業用トレイ４０４は、その後、農業用モジュール１０６に搭載される。発芽した種子を有する農業用トレイ４０４を含む農業用モジュール１０６は、次いで、機械１０８によって、保管するために３Ｄ配置（アレイ）の育成ラック１０４に輸送され、そこで、スプラウト（発芽体）は、苗へのさらなる成長のためにＬＥＤ照明４０６に照らされる。次いで、農業モジュール１０６は、次の段階のために機械１０８を介して予め決定された所定の日数を経た後に取り出されてもよい。

実生（幼苗）段階に続く次の段階は、水および栄養分が再び添加される育成農業トレイ４０４に幼苗が移される成長段階５０６であってもよい。自動回収システムは、育成農業トレイ４０４が装填された育成モジュール１０６を、育成ラック１０４内に再移送する。幼苗は、さらに成長させるために農業モジュール１０６上に設置されたＬＥＤ照明４０６でさらに照明される。予め決定した日数が経過すると、育成トレイ内で成長する野菜は、収穫の準備が整う。

次の段階は、収穫および梱包段階５０８であり、自動回収システムは、機械１０８を介して収穫区域に農業用トレイ４０４を移送し、野菜の品質がチェックされ、最も健康的なものが選択され、秤量されて、梱包区域に移送される。次いで、梱包機は、野菜を冷却室に貯蔵する前に野菜を収集する。最後の段階は、梱包された野菜がトラックに積み込まれ、小売業者に配達される配送段階５１０である。

様々な実施形態において、上述したように、垂直農業プロセス５００は、上流に統合されてもよく、ＦＯＭＳと通信する注文プラットフォームを介して消費者から植物または野菜の注文を受け取ったときが契機となる。様々な実施形態では、垂直農業プロセス５００は、小売業者または最終消費者の好みを考慮して、下流で統合することができる。例えば、収穫プロセスは、小売業者の好ましい納期の近傍で行われるように計画されることができ、これにより納入された植物または野菜の品質または新鮮さが保証される。図１４に示されるような様々な実施形態では、ＦＯＭＳはまた、各配達注文を追跡し、配達が遅延しているか、または失敗している場合にオペレータに警告することができる。その後、オペレータは、ＦＯＭＳによって提供される示唆の有無にかかわらず、不成功の配達を調整することができる。様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、配達がサインオフされたり成功するとすぐに在庫（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）を更新することもできる。

代替または代替ではなく、上述の特徴の変形および組合せを組み合わせて、本発明の意図される範囲内に入るさらなる実施形態を形成することができることを当業者はさらに理解されたい。
・特に、オートメーションは、種子の播種、ロボットアームによる収穫、および野菜の梱包のための適切な機械を活用した、他の生産段階で採用することができる。
・垂直農場は、青梗菜（Ｐａｋｃｈｏｙ）、ミルクキャベツ（Ｎａｉｂａｉ）、中華ホウレンソウ（Ｃｈｙｅｓｉｍ）、ロメインレタス（Ｒｏｍａｉｎｅ Ｌｅｔｔｕｃｅ）、サラダ菜（Ｂｕｔｔｅｒｈｅａｄ Ｌｅｔｔｕｃｅ）、フダンソウ（Ｓｗｉｓｓ Ｃｈａｒｄ）、ケール（Ｋａｌｅ）、ルッコラ（Ａｒｕｇｕｌａ）、バジル（Ｂａｓｉｌ）、チェリートマト（Ｃｈｅｒｒｙ Ｔｏｍａｔｏｅｓ）、ストロベリー、イネ、および日本キュウリ等を含むがこれらに限定されない、多種多様な野菜または植物を成長させるように構成されてもよい。
・図１８に示す様々な実施形態において、農業資源（原材料、育成ラック、農業トレイ、農業モジュールなど）を研究開発（Ｒ＆Ｄ）のために割り当てることができる。研究プロジェクトは、データベース内の少なくとも１つの在庫情報（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）をチェックすることによって、研究プロジェクト用に十分な農業資源が利用可能であるかどうかを検証するＦＯＭＳを介して開始されてもよい。その後、研究プロジェクトが実行され、進行がＦＯＭＳによって自動的に監視され、研究結果がＦＯＭＳに記録されてもよい。様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、Ｒ＆Ｄ結果から自己学習し、次の農業または生産サイクルで使用するために、各植物品種について最適な成長レシピを継続的に更新するようにプログラムすることができる。

Claims (17)

1. 少なくとも１つの育成ラックを備え、少なくとも１つの育成ラックは複数のセルを有し；
   複数の農業モジュールを備え、各農業モジュールはセルに格納されるように構成され、各農業モジュールは少なくとも１つのタイプの植物を育成させるように格納されており；
   各対応するセル内／セルから複数の農業モジュールそれぞれを移動させるように構成された機械を備える、屋内農業用システムであって、
   複数の農業モジュールそれぞれには、植物のタイプに特有の１つまたは複数の自給式栄養トレイ部分を備え、さらに各農業モジュールは、他の農業モジュールに対して独立している、屋内農業用システム。
2. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、前記育成ラックが倉庫ラックである、屋内農業用システム。
3. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、自動回収システムをさらに備え、前記自動回収システムは、２つの育成ラック間の通路に沿って移動するように動作可能な収容および回収機械である、屋内農業用システム。
4. 請求項３記載の屋内農業用システムにおいて、該システムは、前記セルのための積込みまたは積み降ろし区画として機能するための仕分け輸送車両ループをさらに備える、屋内農業用システム。
5. 請求項４記載の屋内農業用システムにおいて、前記仕分け輸送車両ループは、各農業モジュールを受け取り、それを自動回収機構に輸送する、屋内農業用システム。
6. 請求項３記載の屋内農業用システムにおいて、前記機械は、各農業モジュール部材を長手方向および横方向に沿って移動させることができる屋内農業用システム。
7. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、前記育成ラックは、前記栄養トレイから所定の距離を有するＬＥＤ照明を設置されている、記載の屋内農業用システム。
8. 請求項７記載の屋内農業用システムにおいて、前記ＬＥＤ照明と前記栄養トレイとの間の距離は調節可能である、屋内農業用システム。
9. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、前記栄養トレイは、水耕栽培用に適している、屋内農業用システム。
10. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、前記栄養トレイが、植え付けボードの穴を通してトレイ内の適所に保持された育成培地を含む、屋内農業用システム。
11. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、前記複数の農業モジュールの各々は、１つ以上の別個の区域に分割され、各区域は、植物が成長する異なる段階に適している、屋内農業用システム。
12. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて各収容モジュール間の使用中の垂直距離が調節可能である、屋内農業用システム。
13. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、１つ以上の栄養トレイが、機械によって一緒に回収されるフレームに格納されている、屋内農業用システム。
14. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、前記育成ラック上に前記セルを配置するタイミングに従って、前記育成ラック上に前記１つ以上のセルを配置するための自動回収システムをさらに備える、屋内農業用システム。
15. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、前記機械は、前記セルが前記育成ラック上に設置されたときに基づき、前記育成ラックから前記セルを移動させる、屋内農業用システム。
16. 請求項１記載の屋内農業用システムにおいて、該システムは成長区域をさらに含み、また該システムは１つ以上の農業用トレイ内で成長する植物の処理および／または成長のための複数の床レベルを有するホールをさらに含み、該ホールは成長区域に隣接して配置される、屋内農業用システム。
17. 第１の農業モジュールの農業トレイ内に発芽する種子をまくステップを含み、該第１の農業モジュールは１つ以上の農業トレイを備え；
    第１の育成ラックのセル内に第１の農業モジュールの農業トレイを格納するステップを含み、
    第１の育成ラックから第１の農業モジュールの農業トレイを回収するステップを含み、該第２の農業モジュールは１つ以上の農業トレイを備え、
    発芽した種子から第２の農業モジュールの農業トレイに苗を移植するステップと、
    第２の育成ラックのセル内に第２の農業モジュールの農業トレイを格納するステップとを含む屋内農業方法であって、当該方法は、農業トレイのそれぞれに、ある種類の植物の育成のために特定の液体栄養分を充填するステップを含み、各農業モジュールは、他の農業モジュールに対して独立している、屋内農業方法。

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