KR101290589B1 - 초음파에 실은 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

초음파에 실은 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치가 개시된다. 소정의 방향을 향해 음파를 초음파에 실어 음악을 재생하는 지향성 스피커가 식물을 향해 음악을 발생시켜서 상기 식물의 생육을 촉진시키고 병충해를 방지하는 식물 재배 방법은 식물의 생장에 유익한 음파가 지향 대상인 해당 식물에게만 전달되도록 하는 효과가 있다.

Description

초음파에 실은 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치{Method and Apparatus for growing plants using sound waves loaded onto ultrasonic waves}

본 발명은 초음파에 실은 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

음악을 동식물, 특히 농작물에 들려주어 생육을 촉진시키는 방법은 비료나 농약 등의 화학물질을 사용하는 생육방법과 달리, 작물의 생육을 촉진하고 병해충을 방지하며, 환경공해를 유발시키지 않는다는 장점을 지니고 있다.

식물에 음악을 들려주어 생육을 촉진하려는 시도는 1860년경 진화론을 주장한 찰스 다윈에 의해 최초로 시도된 이래, 1950년 인도의 싱 교수가 인도의 전통음악인 라가를 벼, 땅콩 및 담배에 들려주어 수확량 증가를 이룬 것으로 알려지고 있는데, 이는 음파가 식물세포에 공명현상을 일으켜 신진대사를 자극하고 음향에너지가 세포분자 및 원형질의 운동을 촉진시킴에 기인한 것으로 알려지고 있다.

그러나 종래의 생육촉진방법에 사용된 음악은 주로 4,000Hz의 이상의 고주파를 사용하는 동시에 오케스트라에 의한 심포니 연주음악과 유사한 복잡한 음악을 사용하기 때문에 인간의 청신경을 자극하여 스트레스를 유발시키며, 인공음으로 듣기에도 거북하여 재배자의 작업능률이 떨어지고 식물의 생육촉진 효율이 떨어진다는 문제점을 지니고 있었다.

또한, 음파, 초음파 등을 이용하여 동, 식물을 생육하거나 또는 병/해충을 억제하는 종래 기술은 단순하게 음악, 음파, 초음파 등이 동, 식물 생육과 관련하여 어떠한 효과를 가지는지 설명하고 있으나, 넓은 작물재배 공간과 좁고 긴 시설하우스에 적용가능한 방법과 시스템 장치의 구현에 관해 제시하지 않으며, 사용하는 주파수 범위도 매우 폭넓게 제시되어 있었다. 따라서 종래 기술에 따르면, 실제 농식물 재배 농장에서 구현 가능하며 효과적인 방법이 제시되지 않은 문제점이 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제0971702호(출원번호 : 10-2008-0015438)와 같은 종래 기술에 따르면, 식물의 생장에 유익한 초음파와 음파가 식물에게만 전달되지 않고 주위에도 전파되기 때문에 이러한 음파는 소음으로 여겨질 수 있다. 따라서 생장에 유익한 음파를 도움이 되는 특정 식물에게만 전달할 수 있는 기술이 제안될 필요가 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 식물의 생장에 유익한 음파가 지향 대상인 해당 식물에게만 전달되도록 하는, 초음파에 실은 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 소정의 방향을 향해 음파를 초음파에 실어 음악을 재생하는 지향성 스피커가 식물을 향해 음악을 발생시켜서 상기 식물의 생육을 촉진시키고 병충해를 방지하는 식물 재배 방법이 제공된다.

여기서, 상기 음파는 1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위를 가지며, 상기 초음파는 20KHz 내지 26KHz의 주파수 범위를 가질 수 있고, 상기 발생하는 초음파는 65 내지 80dB의 음압을 가질 수 있다.

또한, 상기 지향성 스피커는 시설 하우스안에 설치될 수 있으며, 상기 지향성 스피커를 통해 출력된 초음파는 진행 중 공기인 매질의 비선형성에 의해 가청대역의 음성 신호로 재생될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 식물을 재배하는 장치에 있어서, 소정의 방향을 향해 음파를 초음파에 실어 음악을 재생하는 지향성 스피커; 및 상기 음파를 실은 초음파에 상응하는 신호를 발생시켜서 상기 지향성 스피커에 전송하는 웨이브 발생 장치를 포함하여 상기 식물의 생육을 촉진시키고 병충해를 방지하는 식물 재배 장치가 제공된다.

여기서, 상기 음파는 1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위를 가지며, 상기 초음파는 20KHz 내지 26KHz의 주파수 범위를 가지고, 상기 발생하는 초음파는 65 내지 80dB의 음압을 가질 수 있다.

또한, 상기 지향성 스피커는 시설 하우스안에 설치될 수 있으며, 상기 지향성 스피커를 통해 출력된 초음파는 진행 중 공기인 매질의 비선형성에 의해 가청대역의 음성 신호로 재생될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명에 따른 초음파에 실은 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치는 식물의 생장에 유익한 음파가 지향 대상인 해당 식물에게만 전달되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파에 실은 음파를 이용한 식물 재배 장치에 대한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파에 실은 음파를 이용한 식물 재배 장치가 시설 하우스내에 설치된 도면.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 식물 재배 장치가 시설 하우스내에 설치된 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈", "…수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치에 대한 도면이다. 도 1을 참조하면, 웨이브 발생장치(110)는 음파를 실은 초음파를 발생하고, 초음파에 실린 음파는 스피커(a)를 통해 식물에게 전달된다.

여기서, 음파는 그 주파수가 1Hz-3KHz이며, 초음파의 주파수는 23KHz(+/_ 3KHz)가 될 수 있다. 또한, 음파가 실린 초음파의 음압(dB)은 넓은 작물 재배 면적과 좁고 긴 시설 하우스에 적합하도록 그 크기가 65-80(dB)정도 될 수 있다. 스피커(a)에서 발생하는 초음파 및 음파의 음압은 80(dB)이고, 거리 L, 예를 들면, 약 35m 지점(c)에서는 음압이 65(dB)로 작아질 수 있다. 또한, 최대 도달 거리(b)에서는 그 크기가 미약하게 측정된다.

음파를 초음파에 실어 전달하면, 방향성이 있는 음파를 생성할 수 있다. 여기서, 초음파의 지향성을 이용한 스피커는, 음파를 초음파로 진폭변조하는 방법을 사용할 수 있다. 이러한 스피커의 출력 신호는 매질의 비선형성에 의하여 전달과정에서 사람이 들을 수 있는 가청대역의 음파로 재생될 수 있다. 따라서 이러한 초음파 음원은 음파를 멀리보내거나, 특정 위치로 보낼 수 있는 특징이 있다. 가청 음파를 초음파에 싣는 기술, 초음파가 매질인 공기에서 가청대역의 음파로 변형되는 특징은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 명확히 이해할 수 있는 기술이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

또한 점선으로 그려진 부분(상,하(W) 10m / 좌,우(L) 40m 정도)이 음파 및 초음파 음압 영역이며 가장자리에서 약 65(dB)의 음압을 측정할 수 있다.

상술한 구조에서, 음파와 초음파의 주파수 및 음압의 조절을 통해 식물을 효과적으로 재배하는 환경을 조성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 식물 재배 장치가 시설 하우스내에 설치된 도면이다. 여기서, 시설 하우스(e)는 현재 보급 권장되고 있는 1-2W형(600평) 시설 하우스이다.

시설 하우스(e) 내에 스피커(a)에서 발생하는 음파를 실은 초음파의 범위(b, c)는 도면과 같이 음압(65-80dB)에 상응하여 발생한다. 따라서 좁고 긴 시설 하우스(e)의 고른 음압 분포를 위해 웨이브발생장치(210)와 연결된 소정의 개수, 예를 들면, 8개의 스피커(a)를 배치해서 넓은 시설 하우스(e) 내에서 작물에게 적정 음압((dB)을 들려줄 수 있다.

여기서, 초음파의 음압은 시설 하우스(e)의 구조에 상응하여 결정될 수 있다. 음파가 미치는 범위는 초음파가 도달하는 거리의 약 1/2로 정해질 수 있으며, 이를 고려하여 초음파는 시설 하우스(e)의 길이보다 더 멀리 도달하도록 그 음압이 정해질 수 있다.

또한, 음파는 스피커 앞에서 1 내지 2m 거리에서 가장 크게 들릴 수 있으므로, 8개의 스피커(2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)를 2 내지 4m 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

8개의 스피커(2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)가 웨이브발생장치(210)에 연결된 구조는 도 3에 도시하였다. 도 3을 참조하면, 시설 하우스(1)의 내부에 도 1에서 상술한 음파를 실은 초음파의 영역(5, 7, 8, 9)을 가진 8개의 스피커(2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)가 설치된다. 상술한 음압의 경우 서로 바라보는 스피커는 서로 40m 내지 60m 이격되어 설치된다.

이 경우 스피커(2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)에서 출력되는 음파의 도달 범위가 시설 하우스(1) 내에 존재하도록 그 배치를 조절할 수 있다. 즉, 스피커(2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)에서 발생한 음파가 소정의 음압 이하로 작아지는 거리까지의 범위가 시설 하우스(1) 내에 존재하면, 외부에 소음이 발생하지 않을 수 있다.

또한, 상술한 1-2W형 보다 면적이 넓은 시설 하우스의 경우 스피커를 음파 및 초음파 라인이 형성하는 면적에 맞게 설치할 수 있다. 스피커(12)와 스피커(13)는 서로 반대 방향으로 4~5m 간격을 두고 배치를 한다.

웨이브발생장치(210)는 음파를 실은 초음파에 상응하는 신호를 발생시켜서 상기 지향성 스피커에 전송한다.

본 실시예에 따른 음파는 단일 음파 또는 복합 음파가 될 수 있다. 후자의 경우 음파는, 1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위 중에서 선택된 주파수를 가지며, 65 내지 85dB의 음압을 가지는 제1 음파와, 1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위 중에서 선택된 주파수를 가지며, 제1 음파의 주파수와 다르며, 65 내지 85dB의 음압을 가지는 제2 음파를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 음파와 제2 음파는 후술할 바와 같이 각각 특정 유전자 발현과 잿빛곰팡이병균 억제의 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 벼를 복합 음파로 처리한 후 무처리된 벼와 역 노던(Reverse Northern) 방법으로 선발된 다수의 유전자 중 현저한 발현양의 차이를 보이는 알도레이즈 유전자를 가지고 실험한 결과, 외부에서 처리하는 특정주파수의 음파와 처리시간의 변이에 의해 그 발현양이 저하 또는 증폭될 수 있다. 또한, 이 유전자의 프로모터를 분리하여 마커 유전자와 융합하여 벼에 형질전환시킨 후 이 형질전환벼에 같은 처리를 한 결과, 이 프로모터가 외부의 특정 음파를 감지하여 자신과 결합된 다른 유전자의 발현도 같은 형태로 조절시킬 수 있다. 또한, 본 실시예는 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinerea)의 생육을 억제하는 기능도 있다. 이러한 실시예에 대한 자세한 설명은 본 출원인이 제출한 대한민국 공개특허 제10-2009-0084792호(출원번호)에 개시된바 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

상술한 바에 따르면, 시설 하우스 내에 복수의 스피커를 배치하는 구체적인 경우를 중심으로 설명하였으나, 그 배치가 달라지는 등 당업자가 자명하게 설계 변경, 구성요소 추가 및 치환 등의 방법으로 실시할 수 있는 범위까지 본 발명의 권리범위가 미칠 수 있음은 물론이다.

그 외 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치에 대한 구체적인 임베디드 시스템, O/S 등의 공통 플랫폼 기술과 통신 프로토콜, I/O 인터페이스 등 인터페이스 표준화 기술 및 엑추에이터, 배터리 등 부품 표준화 기술 등에 대한 구체적인 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명한 사항이므로 생략하기로 한다.

또한, 상술한 각 구성 요소는 물리적으로 인접한 하나의 부품으로 구현되거나 서로 다른 부품으로 구현될 수도 있다. 후자의 경우 각 구성 요소는 인접하거나 또는 서로 다른 구역에 위치하여 제어될 수 있으며, 이 경우 본 발명은 각 구성 요소를 제어하는 별도의 제어수단 또는 제어실을 구비하여 유선 또는 무선으로 각 구성요소를 제어할 수도 있다.

또한, 음파를 식물에 들려줄 때 식물의 생장에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 실험 결과는 본 출원인의 대한민국 등록특허 제0971702호에 자세히 기재되어 있다.

상기한 바에서, 각 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 식물을 재배하는 장치에 있어서,
   소정의 방향을 향해 음파로부터 변조된 초음파를 출력시키는 지향성 스피커; 및
   상기 음파를 실은 초음파에 상응하는 신호를 발생시켜서 상기 지향성 스피커에 전송하는 웨이브 발생 장치를 포함하여 상기 식물의 생육을 촉진시키고 병충해를 방지하되,
   상기 음파는,
   1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위 중에서 선택된 주파수를 가지며, 65 내지 85dB의 음압을 가지는 제1 음파와, 1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위 중에서 선택된 주파수를 가지고, 제1 음파의 주파수와 다르며, 65 내지 85dB의 음압을 가지는 제2 음파를 포함하고,
   상기 초음파는 20KHz 내지 26KHz의 주파수 범위를 가지며,
   상기 지향성 스피커를 통해 출력된 초음파는 상기 지향성 스피커에서 출력될 때, 상기 음파가 변조된 초음파이고, 진행 중 공기인 매질의 비선형성에 의해 가청대역의 음성 신호로 재생되는 것을 특징으로 하는 식물 재배 장치.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제7항에 있어서,
    상기 발생하는 초음파는 65 내지 80dB의 음압을 가지는 것을 특징으로 하는 식물 재배 장치.
    
11. 제7항에 있어서,
    상기 지향성 스피커는 시설 하우스안에 설치된 것을 특징으로 하는 식물 재배 장치.
    
12. 삭제

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