KR20240050434A

KR20240050434A - 수송형 모듈을 사용하는 제어기-조작식 수직 농업 시스템

Info

Publication number: KR20240050434A
Application number: KR1020247010654A
Authority: KR
Inventors: 필립 허텔; 이안 마티에손
Original assignee: 클라우드 프로듀스 인크.
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2024-04-18
Also published as: TW202327445A; WO2023039061A1; CA3230754A1; US20230073964A1; US20240081208A1; US11825787B2

Abstract

본 발명은 식물이 수성 양액에 의해 영양분이 제공되고, 농장의 모든 작업: 수성 양액의 순환, 용액에 영양분 및 보충제의 보충, 뿐만 아니라 식물의 파종, 재배, 수확 및 포장이 자동화된 방식으로 실행되고 농장 제어기 시스템에 의해 제어되는 것이 가능한 수직 농장을 포함하는 시스템 및 방법이다. 본 발명의 동작은 비자동화, 반자동화 또는 완전자동화, 또는 비자동화, 반자동화 및 완전자동화 동작의 임의의 조합이고, 중앙에서 또는 로컬에서 제어되는 것이 가능하다.

Description

수송형 모듈을 사용하는 제어기-조작식 수직 농업 시스템

우선권

본 출원은 2021년 9월 8일자로 출원된 미국 가출원 제63/241,915호 및 2022년 5월 24일자로 출원된 제63/345,283호의 이익을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다.

기술 분야

본 발명은 농업, 더 구체적으로 수송형 모듈(transportable modules)을 사용하는 농업 시스템에 관한 것으로서, 시스템은 제어기-조작식(controller-operated)이다.

수직 농업은 작물을 재배할 때 토지 면적의 더 효율적인 사용을 생성하는 데 사용되어 왔다. 수경재배(Hydroponics)가 수직 농업 시스템(vertical farming system)에서 작물에 영양분을 더 양호하게 수송하고 보충할 수 있는 유체 시스템을 생성하는 데 사용되어 왔다. 어류 및 다른 생물이 식물에 영양분을 생성하고 분산시키기 위해 수직 농장 내에서 사용되어 왔다.

다양한 농장 계획은 어느 식물을 언제 재배할지를 결정하는 것, 언제 어떻게 식물을 수확할지를 파악하는 것, 및 다양한 단계에서 수동 감독을 요구하는 것과 같은 문제에 부닥친다. 또한, 수직 농장이 규모가 성장함에 따라, 물, 일광, 수확 시간 및 다른 변수를 지속적으로 모니터링하는 데 필요한 노동 소스가 상당히 비싸진다. 부가적으로, 노동자는 상당한 비용이 드는 많은 수확 및 식재를 수행한다.

본 명세서에 개시된 실시예는 그 수명 주기의 모든 단계를 통해 식물을 끊임없이 탐색하기 위해 수송형 모듈을 사용하는 제어기-조작식 수직 농업 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수직 농업 시스템은 수송 가능한 농업 모듈의 세트를 갖는다. 각각의 모듈은 수직으로 배열된 농업 단(tier)의 세트를 갖고, 각각의 단은 수성 입력부 및 수성 출력부를 갖고,

(i) 작물의 세트의 재배를 위한 물리적 지원을 제공하도록;

(ii) 작물에 대한 수성 양액의 순환을 지원하도록; 그리고

(iii) 작물에 조명을 제공하도록 구성된다.

이 실시예의 수직 농업 시스템은 각각의 단의 수성 입력부와 수성 출력부에 결합되고 모듈의 단의 세트 전체에 걸쳐 양액의 순환을 야기하도록 구성된, 수성 양액 순환 시스템;

수성 양액 순환 시스템에 결합되고, 수성 양액 내의 영양분의 보충을 야기하도록 구성된, 영양분 보충 스테이션;

(i) 선택된 모듈의 주어진 단의 세트 내에서 재배된 현재 작물의 세트를 수확하도록; 그리고 (ii) 주어진 단의 세트를 후속 작물의 세트로 다시 채우도록 구성된, 농업 모듈 처리 시스템;

처리를 위해 제1 위치로부터 농업 모듈 처리 시스템으로, 그 후 제2 위치로 선택된 모듈의 수송을 야기하도록 구성된, 모듈 수송 시스템; 및 모듈 수송 시스템, 수성 양액 순환 시스템, 및 모듈 처리 시스템에 결합된 농장 제어기로서, 농장 제어기는 각각의 작물의 세트의 수명주기 관리를 구현하도록 구성되는, 농장 제어기를 더 포함한다.

선택적으로 각각의 농업 모듈은 자기-추진된다. 또한 선택적으로, 모듈 수송 시스템은 구동 유닛의 세트를 포함한다. 각각의 구동 유닛은 농업 모듈 중 선택된 하나를 로딩하고 선택된 농업 모듈을 목적지로 수송하도록 구성된다. 또한 선택적으로, 구동 유닛의 세트는 농업 모듈의 세트 내의 구성원보다 더 적은 수의 구성원을 갖는다.

또한 선택적으로, 영양분 보충 스테이션은 농업 시스템이 아쿠아포닉적으로 동작하게 하도록 구성된 수생 동물의 세트를 포함한다. 또한 선택적으로, 농장 제어기는 선택된 모듈의 수송을 자동으로 시작하도록 구성된다. 또한 선택적으로, 제1 위치와 제2 위치는 동일하다.

수직 농업 시스템의 다른 양태에서, 농업 모듈 처리 시스템은 작물의 세트의 뿌리의 세트로부터 재배 배지를 분리하도록 구성된다. 선택적으로, 농장 제어기는 세트 내의 각각의 작물의 수명주기 관리에 관한 정보를 저장하는 데이터베이스에 결합된다. 또한 선택적으로, 농장 제어기는 선택된 모듈 내에서 재배되는 현재 작물의 세트의 수명주기 관리와 일치하는 방식으로 선택된 수송 가능한 농업 모듈을 이동시키게 모듈 수송 시스템에 명령하도록 데이터베이스 내의 정보를 사용한다. 또한 선택적으로, 농장 제어기는 선택된 모듈 내에서 재배되는 현재 작물의 세트의 수명주기 관리와 일치하는 방식으로 선택된 모듈 내에서 재배되는 현재 작물의 세트에 조명을 제공하게 선택된 모듈에 명령하도록 데이터베이스 내의 정보를 사용한다.

선택적으로, 각각의 단은 카트리지의 세트를 포함하고, 각각의 카트리지는 현재 작물의 세트와 재배 배지를 포함한다. 또한 선택적으로, 농업 모듈 처리 시스템은 주어진 단으로부터 주어진 카트리지를 제거하고 카트리지 내의 현재 작물의 세트에 기초하여 선택된 수확 서브스테이션으로 주어진 카트리지를 인도하도록 추가로 구성된다.

또한 선택적으로 수직 농업 시스템은 인간에 의해 동작되도록 구성된 주어진 수확 서브스테이션을 포함하는 복수의 수확 서브스테이션을 더 포함한다. 또한 선택적으로, 수확 서브스테이션은 인간에 의해 반수동으로 동작되도록 구성된다.

선택적으로, 모듈 수송 시스템은 수동 입력에 기초하여 선택된 모듈의 수송을 야기하도록 구성된다. 또한 선택적으로, 농업 모듈 처리 시스템은 각각의 단으로부터 현재 작물의 세트의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 수확 서브스테이션을 더 포함한다. 또한 선택적으로 수직 농업 시스템은 자동으로 동작되도록 구성된 주어진 수확 서브스테이션을 포함하는 복수의 수확 서브스테이션을 더 포함한다.

실시예의 전술된 특징은 첨부 도면을 참조하여 취한 이하의 상세한 설명을 참조하여 더 즉시 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템의 기계적 구성요소의 개략도이다.
도 2는 도 1의 농업 모듈(104)의 등각도이다.
도 3은 상부로부터 제2 단에, 재배 트로프(301), 카트리지(302) 및 유입 파이프(300)를 노출시키기 위한 절결부를 갖는 도 2의 모듈의 다른 도면이다.
도 4는 도 3의 단의 등각도이다.
도 5는 도 4의 카트리지(400)의 등각도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 수확 스테이션에 모듈(612)을 갖는, 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템의 기계적 구성요소의 개략도이다.
도 7 내지 도 10은 수확 스테이션에 있는 도 6의 모듈(612)의 연속적인 도면이다.
도 7은 카트리지(704)에 접근하기 위해 단(703)의 도어(700)가 개방되어 있을 때의 상황 하의 모듈(612)의 등각도이다.
도 8은 카트리지(704)가 수확 아암(801, 802)에 의해 모듈(612)의 단(803)으로부터 제거되었을 때의 상황 하의 모듈(612)의 등각도이다.
도 9는 카트리지(704)가 수확 아암(904, 905)에 의해 하강되었을 때의 상황 하의 모듈(612)의 등각도이다.
도 10은 수확 와이어(1003)가 카트리지 수확을 준비할 때의 상황 하에서 수확 스테이션에 있는 도 6의 모듈(612)의 다른 등각도이다.
도 11은 수확 스테이션에 있는 도 10의 카트리지(1002)의 확대 등각도이다.
도 12는 수확 스테이션에 있는 도 11의 카트리지(1102)의 다른 등각도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템의 기계적 구성요소의 개략도이다.
도 14는 도 1의 수송형 모듈 중 하나의 단에서 재배되고 수확되는 작물의 수명주기를 도시하고 있는 도면이다.
도 15는 도 1의 시스템의 기계적 및 다른 구성요소 사이의 관계를 도시하고 있는 차트이다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d 및 도 16e는 본 발명의 실시예에 따른 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템(1600)의 구성요소를 도시하고 있는 블록도이다.
도 16a는 본 발명의 실시예에 따른 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템(1600)의 구성요소를 도시하고 있는 블록도이다.
도 16b는 수직 농업 시스템(1600)의 모듈(1601)을 도시하고 있는 블록도이다.
도 16c는 수직 농업 시스템(1600)의 수성 양액 순환 시스템(1606)을 도시하고 있는 블록도이다.
도 16d는 수직 농업 시스템(1600)의 처리 장치(1607)를 도시하고 있는 블록도이다.
도 16e는 수직 농업 시스템(1600)의 클라우드(1605) 및 웹 인터페이스(1608)를 도시하고 있는 블록도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 수확 프로세스를 도시하고 있는 블록도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 파종 프로세스를 도시하고 있는 블록도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 모듈(1900)에 연결되기 전의, 구동 유닛 커넥터(1904)를 갖는 구동 유닛(1903)의 등각도이다.
도 20은 모듈(2000) 아래에 있는 도 19의 구동 유닛(1903)의 등각도이다.
도 21은 모듈(2101)에 연결을 준비하는 도 19의 구동 유닛(1903)의 등각도이다.
도 22는 그 구동 유닛 커넥터(1904)가 상승되어 모듈(1900)의 모듈 연결 사이트(2201)와 연결된 도 19의 구동 유닛(1903)의 등각도이다.
도 23a는 벽(2300)이 카트리지용 경사로로서 작용하도록 구성된 단(703)의 등각도이다.
도 23b는 인접 벽이 렌더링되지 않은 경사로로서 구성된 벽(2300)을 도시하고 있는 단(703)의 절결도이다.

정의. 이 상세한 설명 및 첨부 청구범위에 사용될 때, 이하의 용어는 문맥상 달리 요구되지 않으면, 지시된 의미를 가질 것이다.

"세트"는 적어도 하나의 구성원을 포함한다.

"모듈"은 복수의 식물-수납 단의 수송 가능한 스택이다.

"단"은 식물이 재배되는 모듈의 레벨이다. 선택적으로, 단은 카트리지의 세트를 포함한다.

"카트리지"는 단 내에 제거 가능하게 삽입 가능한 물체이고, 물체는 일 세트의 측면 및 저부를 갖고, 그 내부에는 식물이 재배되는 재배 배지가 수용되어 있다.

몇몇 지점에서 수성 양액 순환 시스템 내의 액체가 이러한 액체에 의해 취해진 경로에 무관하게, 단의 수성 입력부 및 수성 출력부를 통해 유동하면 모듈의 단은 수성 양액 순환 시스템에 "결합"된다.

"영양분 보충 스테이션"은 수성 양액 내에 영양분의 보충을 야기하도록 구성된다.

"수확 서브스테이션"은 단 내에서 재배된 작물의 적어도 일부가 단 내의 재배 배지로부터 분리되게 하도록 구성된다. 몇몇 경우에, 수확 서브스테이션은 또한 작물을 복수의 부분으로 분리하도록 구성된다(예를 들어, 상추 식물의 뿌리로부터 상추 식물의 잎채소를 분리함). 수확 서브스테이션은 (i) 기계에 의해, 자동으로, (ii) 인간에 의해, 수동으로, 그리고 (iii) 인간과 기계의 조합에 의해, 반수동으로 동작될 수 있다.

"수확 스테이션"은 수확 서브스테이션의 세트를 포함한다.

다양한 실시예에서 본 발명은 식물이 수성 양액에 의해 영양분이 제공되고, 농장의 모든 작업 - 수성 양액의 순환, 용액에 영양분 및 보충제의 보충, 식물의 파종, 재배, 수확, 포장 및 저장을 포함함 - 이 자동화된 방식으로 수행되고 농장 제어기에 의해 제어되는 수직 농장을 포함하는 시스템 및 방법을 제공한다. 다양한 실시예에서, 본 발명의 동작은 비자동화, 반자동화 또는 완전자동화, 및 비자동화, 반자동화 및 완전자동화 동작의 임의의 조합이고, 중앙에서 또는 로컬에서 제어된다.

일 실시예에서, 어류는 그 소화관과 아가미로부터 폐기물을 생성하고, 폐기물은 박테리아에 의해 질산염으로 변환되는데, 이는 어류로부터의 다른 영양분과 함께, 사료 및 보충제가 식물을 키우기 위해 분배 시스템으로 진입한다. 일 실시예에서, 영양분-고갈된 물이 이어서 다시 어류로 순환된다. 더욱이, 이러한 실시예에서, 식물이 재배되는 농장의 섹션인 재배 섹션은 일련의 수직 모듈(도 2 참조)로 구성되고, 다수의 단을 가지며(도 3 참조), 각각의 단(도 4 참조)은 그로부터 식물이 재배되는 제거 가능한 카트리지를 갖는 트로프를 포함한다(도 5 참조). 다른 실시예에서, 어류 대신에 상이한 종/생물이 아쿠아포닉 환경을 제공한다. 다양한 실시예에서, 다른 종/생물은 갑각류, 연체동물 또는 아쿠아포닉 재배 기술의 분야의 통상의 기술자에게 이용 가능한 유사한 종/생물이다. 다양한 실시예에서, 수경재배 및 분무경재배(aeroponics)가 식물에 영양분을 제공하기 위해 아쿠아포닉 대신에 사용된다. 다른 실시예에서, 식물은 완전히 제거 가능한 카트리지가 아닌 서랍 내에서 재배된다. 다른 실시예에서 식물은 완전-정적 환경에서 재배된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템의 기계적 구성요소의 개략도이다. 도 1은 수직 농업 시스템의 일반적인 셋업의 일 실시예, 특히 재배 영역을 도시하고 있고, 좌측에 어류를 수용하는 영양분 보충 스테이션(102)을 포함한다. (동일한 항목 번호는 이들 도면 전체에 걸쳐 동일한 항목을 나타낸다.) 자동화 어류 사료(100) 및 보충제 분배 시스템(101)은 영양분 보충 스테이션(102), 뿐만 아니라 영양분 보충 스테이션(102)에 연결된 물 순환 시스템 위에 있다. 영양분-풍부한 물이 영양분 보충 스테이션(102)으로부터 물 순환 시스템(119)의 시작부를 통해 케이싱(103) 내에 수용된 펌프 및 물 조절 스테이션으로 보내진다. 펌프는 영양분-풍부한 물을 동맥 물 순환 파이프(108)로 들어올리고, 이 파이프는 물 순환 시스템(104, 105)에 연결된 모듈로 물을 보낸다. 본 명세서에서, 물 순환 시스템은 또한 "수성 양액 순환 시스템"이라고도 칭한다.

몇몇 실시예에서, 모듈(106)은 클라우드-제어식이고, 자기-추진식이며, 재배 섹션의 전기 시스템 및 물 순환 시스템에 연결 및 분리하기 위해 농장 주위를 이동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 농장의 바닥은 콘크리트와 같은 매우 강한 재료로 제조된다. 농장의 바닥은 모듈을 포함하는 다양한 유형의 기계류로부터의 큰 하중 및 물 중량을 견디도록 요구된다. 물은 모듈 내에, 농장 전체에 걸쳐, 그리고 어류 탱크 내에 존재한다.

도 1에서, 전기가 별개의 전기 연결 라인(113)으로 분할되는 연결된 전력 라인(118)을 통해 모듈로 송신된다. 각각의 모듈은, 전기 연결 라인(113)과 인터페이싱하고 이들이 결합될 때 전기 연결 지점(114)을 형성하는 전기 수신 라인(112)을 갖는다.

영양분-풍부한 물은 동맥 물 순환 파이프(108)를 통해 모듈로 보내지는데, 이 파이프는 영양분-풍부한 물을 재배 모듈로 보내는 별개의 동맥 연결 파이프(110)로 분할된다. 각각의 재배 모듈은, 이들 동맥 연결 파이프와 인터페이싱하고 이들이 결합될 때 동맥 연결 지점(111)을 형성하여, 영양분-풍부한 물이 모듈의 상부로 진입할 수 있게 하는 동맥 수용 파이프(109)를 갖는다. "재배 스테이션 엄빌리컬(umbilical) 밸브"라고도 또한 칭하는 클라우드 제어 밸브는 재배 스테이션의 각각의 동맥 연결 파이프 내에 위치되고 각각의 모듈의 동맥 수용 파이프 내로의 물의 유동을 제어한다. 재배 스테이션은 모듈이 전기 시스템과 물 순환 시스템에 연결되고 모듈이 그 작물을 재배하는 농장의 재배 섹션 내의 섹션이다. 도 1의 실시예에서, 밸브는 수성 양액 순환 시스템으로부터 모듈을 격리하여, 모듈이 물을 흘리지 않고 이동할 수 있게 하기 위해, 중앙 제어 시스템에 의해 또는 수동 오버라이드에 의해 폐쇄될 수 있다.

일 실시예에서, 재배 스테이션에서 전기 및 수성 연결 지점의 양 측면을 정확하게 정렬하기 위해 모듈의 상부에 다수의 갠트리로 구성된 갠트리 시스템을 사용하여 전기와 물이 모듈에 연결된다. 일 실시예에서, 갠트리는 동맥 수용 파이프, 정맥 복귀 파이프 및 모듈의 전기 수신 라인에 연결된다. 갠트리는 좌측, 우측, 전방, 후방, 상향, 및 하향으로 이동하여 모듈의 동맥 수용 파이프, 정맥 복귀 파이프, 및 모듈의 전기 수신 라인을 재배 스테이션의 동맥 연결 파이프, 정맥 연결 파이프, 및 전기 연결 라인과 정렬한다. 다른 실시예에서, 컴퓨터 비전이 이들 연결 지점을 정확하게 정렬하는 데 사용되는데, 여기서 카메라가 그 연결되어 있는 수직 갠트리가 좌측, 우측, 전방, 및 후방으로 이동되고, 수직 갠트리의 카메라와 관련하여 정적 이미지의 위치에 따라 자체로 상향 및 하향으로 이동한다. 이 실시예에서, 스테퍼 모터가 갠트리 시스템에 전력 공급하는 데 사용되고 리미트 스위치가 갠트리의 선형 이동의 신장 및 수축을 제어하는 데 사용된다. 이 실시예에서, 정적 이미지는 갠트리의 카메라와 상호 작용하는 농장의 재배 섹션 내의 각각의 재배 스테이션에 위치된다. 정적 이미지가 갠트리 카메라 시야의 좌측 또는 우측에 있는 경우, 갠트리는 이에 따라 이동하여 정적 이미지를 그 시야의 중심으로 가져온다. 갠트리는 정적 이미지의 크기가 연결 파이프가 적절한 연결을 형성하기 위해 서로로부터 적절한 거리에 있는 것을 나타내기 위해 적절한 크기를 가질 때까지 정적 이미지를 향해 전방으로 또는 후방으로 이동한다. 이 연결을 보조하기 위해, 이들 연결이 적절하게 이루어진 것을 보장하기 위해 자석이 사용된다.

일단 영양분-풍부한 물이 모듈의 상부로부터 모듈의 저부로 유동하였으면, 이제 영양분-고갈된 물은 각각의 모듈의 정맥 복귀 파이프(115)를 통해 각각의 모듈의 저부 단으로부터 다시 펌핑되어, 이 물을 정맥 순환 시스템의 파이프(107) 내로 덤핑(dumping)한다. 일 실시예에서, 영양분-고갈된 물은 펌프에 의해 파이프(107)로 펌핑된다. 몇몇 실시예에서, 영양분-고갈된 물은 주 정맥 순환 시스템 파이프(107)로부터 분할된 정맥 연결 파이프(116)와 정맥 연결 지점(117)을 만들어 정맥 순환 시스템의 파이프(107) 내로 덤핑된다. 일단 이 영양분-고갈된 물이 정맥 순환 시스템 파이프(107) 내로 다시 펌핑되었으면, 이는 이 파이프를 통해 이동하여 영양분 보충 스테이션(102) 내로 다시 비워진다.

일 실시예에서, 농장의 전기 시스템과 물 순환 시스템(예를 들어, 파이프(107, 108)를 포함함), 뿐만 아니라 농장을 동작하는 데 요구되는 센서, 기계류, 및 다른 장비는 그 내에서 농장이 동작하는 건물에 물리적으로 연결될 수도 있다. 다른 실시예에서, 전기 시스템과 물 순환 시스템, 뿐만 아니라 농장을 동작하는 데 사용되는 센서, 기계류 및 다른 장비는 둘러싸는 건물에 연결된 지지 구조체 상에 장착되거나 둘러싸는 건물 내에 또는 둘레에 자유롭게 직립해 있다. 다양한 실시예에서, 지지 구조체는 농장을 동작하는 데 요구되는 요구 지지 및 구성을 제공할 수 있는 임의의 종류의 재료로 구성된다. 바람직한 실시예에서, 알루미늄 트러스 비계의 시스템이 요구 지지 구조체이다.

도 2는 도 1의 농업 모듈(104)의 등각도이고 다수의 단(204)을 포함하는 자기-추진 모듈의 실시예를 도시하고 있다. 일 실시예에서 이 농업 모듈의 치수는 다음과 같은데: 6 피트 폭, 6 피트 깊이, 및 18 피트 높이이다. 도 2의 모듈은 5개의 단을 도시하고 있지만, 실제로는 8개의 단이 적절하고, 임의의 수가 가능하다. 이 실시예에서, 단은 대략 6 피트 폭, 6 피트 깊이 및 2 피트 높이이다. 각각의 단은 그 단의 것과 거의 동일한 폭과 길이를 갖는 방수 트로프를 포함하고, 단 내에 끼워지기 위해 필요한만큼만 단지 약간 더 작다. 몇몇 실시예에서 트로프는 도 3에 도시되어 있는 실시예와 같이, 대략 4 인치 높이이다. 이 트로프는 물로 채워지고 이 물은 단의 카트리지의 재배 배지에 의해 위킹되어(wicked), 카트리지 내에서 재배되는 작물에 영양분을 제공한다. 다양한 실시예에서, 트로프는 아크릴 및 다른 재료로 형성된다. 일 실시예에서, 3D 인쇄, 사출 성형 및 압출된 부분이 트로프, 단 및 카트리지의 다양한 물리적 구성요소를 제공하는 데 사용된다.

일 실시예에서, 모듈과 각각의 단은 구조적 무결성을 제공하기 위해 금속 비계를 형성하도록 압출된 알루미늄 선형 레일을 사용하여 구성되고, m5 나사, m5 t-너트, 17 mm 폭의 금속 코너 커넥터 및 다양한 유형의 금속 플레이트의 조합을 사용하여 함께 유지된다. 이 금속 비계는 모듈을 통해 유동하는 물의 중량을 감당하기에 충분한 구조적 무결성을 제공하기 위해 중요하다. 또한, 이 실시예에서 모듈은 농장 전체에 걸쳐 다수의 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 컴퓨터의 사용을 통해 무선으로 제어된다. 몇몇은 이동식 모듈 상에 있고 몇몇은 농장 전체에 걸쳐 고정되어 있다. 모듈 상의 라즈베리 파이는 USB를 통해 연결되고 내장 12 V DC 배터리에 연결된 12 V 대 5 V 변환기에 의해 전력 공급된다.

일 실시예에서, 물은 3/4 인치 및 1 인치 PVC 파이프를 사용하여 모듈 전체에 걸쳐 분배된다. 이 실시예에서, PVC 파이프는 다른 것들 중에서도, 퀵커넥트(quick-connect) 커플러 및 푸시피팅(push-fitting) 파이프 커넥터를 사용하여 연결된다.

일 실시예에서, 모듈을 이동하는 데 사용되는 휠은 메카넘 휠(mecanum wheels)이고, 이는 모듈이 회전하지 않고 전방, 후방, 좌측, 및 우측으로 이동하는 것을 가능하게 한다. 메카넘 휠의 사용은, 메카넘 휠이 90도 이동을 허용하기 때문에, 모듈이 방향 전환하게 하기 위한 공간 요구가 없기 때문에 농장 내에 최대 밀도를 허용한다. 다른 실시예에서, 임의의 수 및 유형의 휠이 모듈의 수송을 허용하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 볼 캐스터(ball casters)가 모듈의 베이스를 가로지르는 동일한 중량 분배를 보조하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 메카넘 휠의 직경은 8 인치이고, 각각의 휠 공차는 각각의 모듈 내의 금속 비계와 물의 큰 중량을 감당하기 위해 대략 500 파운드이다. 일 실시예에서, 12 V 전기 모터가 메카넘 휠에 전력 공급하는 데 사용된다. 일 실시예에서, 각각의 모듈은 4개의 메카넘 휠을 갖는다. 다른 실시예에서, 다양한 양의 휠 및 다른 이동 메커니즘이 사용된다. 또한, 전기 모터는 내장 12 V DC 배터리에 의해 전력 공급된다. 이 실시예에서, 5 V DC 유량계가 물 유동의 상태를 모니터링하기 위해 모듈 내에 사용된다.

몇몇 실시예에서, 전기 시스템은 4개의 별개의 시스템: 110 V AC, 12 V, 5 V, 3.3 V로 분할되고, 여기서 전기 연결 지점(114)은 110 V AC를 분배하고, 12 V 배터리는 12 V를 분배하고, 12 V 대 5 V 변환기는 5 V를 분배하고, 라즈베리 파이 GPIO는 3.3 V를 분배한다. 대안 실시예에서, 라즈베리 파이 이외의 마이크로제어기가 사용될 수 있고, 그 중 몇몇은 완전히 5 V에서 실행될 수 있다. 이러한 실시예에서, 5 V 버전의 센서 및 액추에이터가 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 모듈의 벽은 플라스틱으로 제조되고 내부는 마일라(mylar)와 같은 고반사성 코팅으로 라이닝되어, 낭비되는 광을 감소시키고, 대신에 단 내로 다시 반사시킨다.

일 실시예에서, 각각의 모듈 전체에 걸쳐 수많은 밸브가 있는데, 이는 모듈 내의 각각의 트로프와 단의 유동 및 물 레벨을 제어한다. 밸브는 또한 모듈 내의 각각의 단과 모듈 자체 내외로 물의 유입 및 유출을 제어한다. 이 실시예에서, 12 V DC 솔레노이드 밸브가 물의 유동을 제어하여, 다른 밸브들을 폐쇄하는 동안 특정 방향으로 물을 지향하기 위해 몇몇 밸브를 개방하는 데 사용된다.

일 실시예에서, 12 V DC 펌프는 고갈된 복귀 파이프(202)를 통해 저부 단으로부터 정맥 복귀 파이프(201)로 물을 다시 펌핑하는 데 사용된다.

일 실시예에서, 다른 것들 중에서도, 산소 포화도 센서, pH 센서, 온도 센서, 수위 센서, 재배 배지 습기 센서, 광 센서, 이산화탄소 레벨 센서 및 박테리아 센서를 포함하여, 수많은 센서가 각각의 단 내에 있다. 대부분의 센서는 5 V 또는 3.3 V이고 라즈베리 파이에서 실행될 수 있다. 다른 실시예에서, 수많은 다른 유형의 센서가 재배 환경의 조건을 모니터링하는 데 유용하다. 일 실시예에서, 각각의 단은 물에 산소공급하여, 작물 재배를 보조하기 위해 작용하는 다수의 기포 발생기를 포함한다. 이 실시예에서, 기류를 순환시키기 위해 팬이 각각의 단에 존재한다. 관련 실시예에서, 모듈이 재배 스테이션에 연결될 때, 이는 모듈 내의 모든 것에 전력 공급하고 동시에 내장 12 V DC 배터리를 충전하는 농장의 중앙 전원과 연결된다. 일 실시예에서, 농장의 중앙 전원으로부터의 AC 전력은 LED 조명과 배터리 변환기에 직접 전력 공급하고, 이 배터리 변환기는 12 V DC 배터리를 충전한다. 이 12 V DC 배터리로부터 전력을 필요로 하는 모듈 내의 모든 다른 것들이 12 V DC 배터리로부터의 DC 전력을 통해 전력 공급된다.

모듈은 농장 둘레를 이동하기 위해 휠(203)을 사용하여 자기-추진된다. 모듈은 전기 수신 라인(200), 동맥 수용 파이프(205) 및 모듈 복귀 파이프(201)를 갖는다. 영양분-고갈된 물은 고갈된 복귀 파이프(202)를 통해 저부 단으로부터 정맥 복귀 파이프(201)로 펌핑된다.

도 3은 상부로부터 제2 단에, 재배 트로프(301), 카트리지(302) 및 유입 파이프(300)를 노출시키기 위한 절결부를 갖는 도 2의 모듈의 다른 도면이다. 방수 재배 트로프(301)는 식물이 성장함에 따라 식물을 수용하는 카트리지(302)에 접근을 허용하기 위해 수확을 위해 개방되는 도어를 갖는다. 도어는, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 통상의 힌지식 도어, 상하 슬라이딩에 의한 것, 및 도개교와 같은 것을 포함하여, 임의의 수의 방법으로 개방된다. 물 유입 파이프(300)는 영양분-풍부한 물이 위에서 각각의 단 내로 유동하는 것을 허용한다. 다른 유사한 구성요소가 각각의 단 내에 위치되지만 이 도면에는 가시화되어 있지 않다. 다른 실시예에서, 카트리지에 대한 접근을 허용하기 위해 개방되는 도어 대신에, 트로프는 카트리지를 트로프 외부로 들어올리고 이어서 이를 다시 하강하는 승강 플랫폼을 포함한다. 도 23a 및 도 23b에 도시되어 있는 파생 실시예에서, 도어 대신에 경사로(2300)가 있는데, 이는 도어 없이 수확 및 다른 단계 동안 카트리지가 단 위로, 외부로, 그리고 내로 다시 슬라이딩할 수 있게 한다.

다른 실시예에서, 카트리지(302)는 그 측면에 연결된 휠을 갖는데, 이는 카트리지(302)가 단의 내부 벽 상의 각형성된 경사로를 굴러 올라갈 수 있게 한다. 다양한 실시예에서, 카트리지(302)는, 카트리지의 전방부에 연결되고 금속 후크와 같은 카트리지 상의 부착 지점에 연결되는 수확기로부터의 아암에 연결되는 전자석에 의해 단 내로 이동된다. 이들 방법의 모두는 카트리지가 휠 상에서 단으로부터 완전히 제거될 수 있게 한다.

다른 실시예에서, 카트리지(302)는 지게차-장착된 기계의 사용을 통해 그 단 외부로 들어올려진다. 이 실시예에서, 기계의 한 쌍의 아암은 카트리지의 들어올림을 지원하기 위해 카트리지(302)의 외부의 대응하는 강성 플랜지 아래에서 들어올림 위치를 취하도록 구성된다. 일단 아암이 카트리지의 강성 플랜지와 접촉하게 되면, 지게차-장착된 기계가 카트리지를 대략 3 인치 정도 위로 똑바로 들어올리고, 이어서 그 아암을 단 외부로 수축하여, 그와 함께 카트리지를 가져온다. 카트리지(302)는 이어서 컨베이어 또는 유사한 수송 기계 상에 배치되고, 그 내에서 재배되어 있는 작물에 따라, 적절한 수확 서브스테이션에서 수확되도록 보내진다.

도 4는 도 3의 단의 등각도이다. 도 4는 연결 파이프(402)에 의해 연결되는 LED 조명(405), 물 유입 파이프(406) 및 물 유출 파이프(401, 403)를 포함하는 단의 일 실시예를 도시하고 있다. 단(404)의 재배 트로프는 식물이 성장함에 따라 식물을 수용하는 카트리지(400)에 접근을 허용하기 위해 수확 중에 개방 및 폐쇄되는 방수 도어(407)를 갖는다. 다른 구성요소가 단 내에 위치되지만 이 도면에는 가시화되어 있지 않다.

일 실시예에서 LED 조명은 갠트리에 연결되어, 조명이 단 내에서 상하로 이동할 수 있게 한다. 갠트리를 통한 LED 조명의 수직 이동은 재배 중인 작물 위의 원하는 높이에 이들 LED 조명을 위치설정하는 것을 가능하게 한다. 작물이 더 높게 성장함에 따라, LED 조명이 이에 따라 위로 이동하여, 최적의 성장 조건을 허용한다. 일 실시예에서, 예를 들어 카메라 내의 센서의 세트가 LED 조명 갠트리의 적절한 높이를 결정하는 데 사용된다.

일 실시예에서, 단은 배관을 통해 연결되고 물은 한 단으로부터 다음 단으로 순환한다. 이러한 실시예에서 각각의 단에서, 공기석(airstones)은 물에 산소공급하고 이어서 물은 약 4 인치 깊이의 트로프에 진입하고, 여기서 식물은 카트리지 내부에서 성장한다(도 5 참조). 공기석은 공기가 그를 통해 펌핑되고 물이 있는 농장의 모든 영역 전체에 걸쳐 에서 물에 산소를 제공하는 기포가 그로부터 방출되는 다공성 물체이다. 공기는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 어류, 박테리아, 및 식물을 포함하는 농장 내의 모든 생물학적 프로세스에 필수적이다. 대안 실시예에서, 단은 주기적으로 담수되고 배수되어 식물의 뿌리를 공기에 직접 노출시켜, 각각의 단에서 공기석의 필요성을 감소시키거나 심지어 제거한다. 다양한 실시예에서, 공기석은 전체 수성 양액 순환 시스템 전체에 걸쳐 배치된다. 어류와 식물 부근에 공기석을 배치하는 것은 산소가 가장 필요한 곳에 물이 산소공급된 상태로 유지되는 것을 보장한다.

일 실시예에서, 아르키메데스 스크류(archimedean screw), 오거(auger) 또는 유사한 물체가 어류 사료 호퍼로부터 어류에게 어류 사료를 분배하는 데 사용된다.

도 4의 실시예에서, 물은 일반 오버플로우 구멍과 배수 구멍의 모두를 통해 트로프를 떠나 다음 단으로 유동하여 내려간다. 일반 오버플로우 구멍은 배수 구멍보다 더 높다. 배수 구멍은 일반적으로 전자 제어 밸브로 차단되어 있고 트로프를 완전히 비우는 데 사용된다. 각각의 출구 지점(401, 403)에 부착된 배관은 트로프(402) 아래에서 재결합하고 이어서 아래의 다음 단을 위한 폭기 시스템에 연결되고, 이어서 해당 다음 단의 트로프 등에 차례로 연결되어, 이에 의해 모듈의 상부로부터 저부로 아래로 영양분-풍부한 물의 제어된 캐스케이드(cascade)를 생성한다. 일 실시예에서, 캐스케이드는 각각의 단 내의 물 유동 센서에 의해 모니터링되고, 이러한 물 유동 센서로부터의 신호는 필요에 따라 유동을 조정하도록 밸브를 개방 및 폐쇄하기 위해 중앙 제어 시스템에 의해 사용된다.

일 실시예에서, 일단 물이 가장 낮은 단을 빠져나가면, 그 배관은 모듈의 상부에 있는 고갈된 복귀 파이프(202)를 통해 정맥 복귀 파이프(115)까지 물을 펌핑하는 펌프 또는 일련의 펌프에 연결된다. 이러한 실시예에서, 물 유동 센서는 유동을 모니터링하기 위해 존재한다. 일단 물이 정맥 복귀 파이프(115)에 도달하면, 이는 정맥 연결 지점(117)을 통해 정맥 연결 파이프(116) 내로 계속되고, 이 정맥 연결 파이프로부터 영양분-고갈된 물은 영양분 보충 스테이션으로 돌아가는 도중에 정맥 순환 시스템(107)으로 진입한다.

일 실시예에서, 영양분 보충 스테이션은 영양분-풍부한 물이 모듈로 보내지고 영양분-고갈된 물이 복귀되는 아쿠아포닉 시스템의 어류를 수용하는 탱크이다. 이러한 실시예에서, 정맥 순환 시스템은 모듈로부터 영양분-고갈된 물을 수용하고 물을 다시 영양분 보충 스테이션으로 복귀시키는 파이프의 네트워크이다.

일 실시예에서, 각각의 단은 식물이 광합성하여 이에 의해 성장할 수 있게 하는 고효율 LED 조명(405)을 갖는다. 조명은 성장 중인 식물의 유형에 적합한 스펙트럼을 가로질러 광을 방출한다. 몇몇 실시예에서, 방출되는 광의 피크 파장은 단 내의 작물에 기초하여 변한다. 몇몇 실시예에서, 식물이 더 많은 광을 흡수하는 것이 가능하지 않을 때 에너지를 절약하기 위해 자연적인 광합성 프로세스와 함께 작동하는 방식으로 조명이 섬광한다. 몇몇 실시예에서, 조명은 자외선(UV) 및/또는 적외선(IR) 광을 방출한다. 더욱이, LED 대신에 자연 일광을 사용하여 식물이 성장되는 셋업을 또한 구현할 수 있다. 다른 실시예에서, 이들에 한정되는 것은 아니지만, LED 조명, UV 조명, IR 조명 및 자연 일광을 포함하는 광원의 조합이 사용된다. 몇몇 실시예에서, 단의 벽은 낭비되는 광을 감소시켜, 대신에 단 내로 이를 다시 반사시키기 위해 고반사성 재료, 예를 들어 마일라로 코팅된다.

일 실시예에서, 영양분-풍부한 물이 어류 탱크로부터 순환 시스템의 동맥처럼 작용하는 천장을 따른 일련의 파이프 내의 모듈로 순환하는 수많은 모듈이 있다. 다른 실시예에서, 영양분-풍부한 물은 영양분 보충 스테이션(102)의 다른 다양한 실시예로부터 모듈로 순환한다. 일단 물이 고갈되면, 모듈의 저부로부터 순환 시스템(107)의 정맥과 같이 작용하는 천장을 따라 제2 일련의 파이프 내로 펌핑되어, 영양분-고갈된 물을 다시 어류 탱크로 복귀시킨다. 다른 실시예에서, 순환 시스템(107)은 완전히 천장 내에 있을 필요는 없다. 그 일부 또는 전부는 상이한 높이에 있을 수 있고, 또는 심지어 농장의 바닥 내에 매립되어 있을 수 있다. 분무경재배 실시예를 포함한 몇몇 실시예에서, 동맥 공급 시스템은 정맥 복귀 시스템 없이 제공된다.

몇몇 실시예에서, 모듈은 천장의 순환 파이프로부터 자체로 분리되어 이동하는 것이 가능하다. 일 이러한 실시예에서, 각각의 모듈은 휠을 갖고, 따라서 배터리 전력을 사용하여 자체로 추진하는 것이 가능하다. 관련 실시예에서, 모듈은 볼 캐스터 또는 통상의 기술자에게 알려진 다른 디바이스와 같은 휠 이외의 이동 디바이스를 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 모듈은 모듈이 농장 공간 내에서 자신을 정확하게 위치설정하고 농장의 모든 부분과 정확하게 인터페이싱하는 것을 가능하게 하는 초광대역 무선 위치설정 시스템의 사용을 통해 정확하게 탐색하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서, 초광대역 무선과 유사한 기술이 사용된다. 다른 실시예에서, 모듈은 농장을 정확하게 탐색하기 위해 라인-팔로잉(line-following) 기술, 라이다(Lidar), AR 또는 다른 공간 추적 기술을 사용한다. 통상의 기술자는 이러한 기술을 구현하는 것이 가능할 것이다.

다른 실시예에서, 모듈은 농장 주위로 모듈을 수송하기 위해 각각의 모듈에 연결 및 분리되는, 모듈 사이에 공유되는 구동 유닛의 세트를 사용한다. 다양한 실시예에서, 구동 유닛은 모듈 아래, 위 또는 옆에서, 레일, 트랙, 가이드, 컨베이어 또는 다른 유사한 시스템 상에서 이동한다. 다른 실시예에서, 카트리지 자체는 전술된 것과 유사한 수송 수단에 의해, 모듈 없이, 독립적으로 농장 전체에 걸쳐 수송된다. 다른 실시예에서, 식물이 외향으로 성장하는 수직 기둥과 같은 상이한 유형의 카트리지가 식물을 재배하고 수송한다. 이들 수직 기둥은 상기에 상세히 설명된 것과 유사한 방법으로 농장 전체에 걸쳐 독립적으로 이동한다.

다른 실시예에서, 카트리지는 가요성 3D 그리드 내에 수용되고, 여기서 카트리지는 이들이 재배함에 따라 그리드 전체에 걸쳐 이동할 수 있으며, 그리드는 그리드 전체에 걸쳐 카트리지를 이동시키기 위해 컨베이어의 시스템을 사용한다. 그리드의 모든 부분에 대한 접근을 가능하게 하기 위해, 그리드의 유지 보수를 위해 그리고 그리드의 모든 부분에 대한 일반적인 접근을 제공하기 위해, 그리드의 섹션은 서로 독립적으로 이동하여, 그리드의 임의의 부분에 대한 물리적 접근을 가능하게 한다. 이들 섹션은 카트리지 자체를 수송하는 것이 아니라, 3D 그리드의 모든 부분에 접근을 허용하기 위해서만 이동할 것이다. 풀리, 리프트, 엘리베이터, 레일, 트랙 및 다른 수송 모드와 함께 컨베이어 시스템이 그리드 주위의 카트리지와 그리드 자체를 효과적으로 이동시켜, 그리드의 모든 부분에 접근을 허용하는 데 사용될 것이다. 물은 그리드를 통해 유동하여 식물에 영양분을 제공하고, 펌프 내로 배수되는데, 펌프는 이어서 영양분-고갈된 물을 다시 영양분 보충 스테이션으로 펌핑한다. 이들 실시예에서, 본 명세서에 설명된 임의의 수확기는 작물을 자동으로 수확하고, 뿐만 아니라 전체 수확후 및 파종 프로세스를 수행하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서 서보, 랙 앤 피니언 기술, 선형 액추에이터, 컨베이어 및 다른 이동 디바이스가 이에 한정되는 것은 아니지만 수확을 포함하는 특정 작업을 수행하는 데 사용된다.

도 5는 도 4의 카트리지(400)의 등각도이다. 도 5는 상부 플레이트(500)를 갖는 카트리지(502)의 실시예를 도시하고 있다. 카트리지(503)의 모든 4개의 측면(501)과 저부에는 물이 내외로 유동할 수 있게 하기 위한 천공된 구멍이 있다. 카트리지(502)는 임의의 재배 배지가 카트리지에서 빠져나와 물을 오염시키는 것을 막는 라이닝을 포함하지만, 자체는 영양분-풍부한 물이 카트리지 내로 위킹될 수 있게 하도록 물 투과성이다. 카트리지의 상부의 상부 플레이트(500)는 서로로부터 특정 거리에 천공된 구멍을 갖고, 이들 구멍은 종자가 심어지고 식물이 성장하는 재배 사이트(504)이다. 구멍은 각각의 개별 식물의 성장 요구 사항을 위해 요구되는 적절한 거리에 따라 이격된다.

도 6은 처리 장치의 수확 스테이션을 더 포함하는, 본 발명의 실시예에 따른, 수확 스테이션에 모듈(612)을 갖는, 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템의 기계적 구성요소의 개략도이다. 모듈(612)은 수확되는 것으로 도시되어 있고; 모듈은 배수되었고 농장의 전기 시스템 및 물 순환 시스템으로부터 분리되었고, 수확 스테이션으로 구동되었다. 모듈의 두 번째로 높은 단의 방수 도어(601)가 개방되어, 수확 스테이션(610)의 수확 아암이 단 내에 도달하여 카트리지(600)를 픽업하여 그 식물의 수확을 위해 단으로부터 제거되는 것을 허용하였다. 일 실시예에서, 수확 아암(610)의 단부에 전자석이 존재하는데, 이는 카트리지(600)에 연결되어 수확을 위해 단 외부로 이들을 끌어당긴다. 이들 전자석은 힌지 상에 있을 수 있어, 이들이 피봇할 수 있게 하고 카트리지와 동일 높이 연결부를 가질 수 있다. 수확 스테이션(611)의 수직 수확 빔은 수확 스테이션 내에서 수확 아암(610)을 상하로 이동시킨다.

일 실시예에서 모듈의 단은 스윙 개방하여, 카트리지에 대한 접근을 허용하는 도어를 갖지 않지만, 대신에 상향으로 접히는 접이식 도어 또는 블라인드를 사용한다. 도어 개방은 수확 서브스테이션의 수확 아암이 카트리지에 접근할 수 있게 한다. 다른 실시예에서, 접이식 도어 또는 블라인드는 단 좌측, 우측, 아래 또는 내부로 접힐 수 있다. 몇몇 실시예에서 카트리지는 그 측면으로부터 외향으로 돌출하는 플랜지를 상부에 갖는다. 수확 서브스테이션의 수확 아암은 단 내에 도달하고 플랜지 아래에 도달하여 카트리지가 들어올려질 수 있게 하도록 위치된다. 수확 아암은 카트리지를 수확될 단 외부로 위로 들어올린다. 새로 파종된 카트리지는 플랜지를 사용하여 동일한 방식으로 수확 아암에 의해 비어있는 단 내로 위로 들어올려진다.

몇몇 실시예에서, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 수확 아암, 수직 수확 빔, 갠트리, 및 다른 선형 운동 디바이스를 포함하는 특정 장치가 농장 전체에 걸쳐 신장 및 수축되어야 하는 범위를 나타내기 위해 리미트 스위치가 농장 전체에 걸쳐 사용된다.

도 6의 실시예에서, 수확 스테이션에 4개의 컨베이어 벨트가 있다. 좌측의 컨베이어(603)는 일단 그 카트리지가 제거되었고 그 식물이 수확되었으면 비어있는 단 내로 다시 삽입되도록 파종 영역으로부터 파종된 카트리지를 이동시킨다. 컨베이어(605)는 수확된 카트리지를 컨베이어(609) 상으로 우측으로 이동시키는데, 이는 수확된 카트리지를 수확후 처리로 이동시킨다. 컨베이어(608)는 수확된 식물을 농산물 저장 컨테이너(607)로 수송한다. 컨베이어(606)는 카트리지가 수확될 때 수확된 식물을 수용하는 농산물 저장 컨테이너(607)를 이동시킨다. 컨베이어(606)는 농산물이 분배를 위해 픽업될 준비가 될 때까지 농산물 저장 컨테이너(607)를 저장을 위한 냉각기 내로 수송한다. 농산물 저장 컨테이너(607)는 수확으로부터 그 최종 고객에게 배송될 때까지 농산물을 저장한다. 이 저장 컨테이너는 농장으로 복귀되어 세정된 후 재사용된다.

일단 각각의 단이 그 카트리지가 제거 및 수확되고 새로 파종된 카트리지가 수확을 통해 비워진 단 내에 투입되면, 수확 스테이션의 수직 수확 빔(611)은 수확 스테이션(610)의 수확 아암을 다음 단으로 이동시켜 그 카트리지를 수확한다. 이어서, 새로 파종된 카트리지가 단 내에 제 위치에 설치된다. 이 프로세스는 모듈(612)의 모든 카트리지가 수확되고 새로 파종된 카트리지가 모듈의 각각의 단 내에 투입될 때까지 계속된다. 일단 모든 단이 처리되고 모듈(612)의 새로 파종된 카트리지가 각각의 단 내에 설치되면, 모듈은 농장의 재배 섹션으로 복귀하고 전기 시스템 및 물 순환 시스템에 다시 연결되어, 그 단의 각각 내에 새로운 식물의 작물을 재배하기 시작할 수 있게 한다. 몇몇 실시예에서, 상이한 수확 스케쥴을 갖는 작물은 상이한 단의 동일한 모듈에서 재배된다. 중앙 제어 시스템은 각각의 단의 수확 스케쥴에 기초하여, 어느 단이 수확되어야 할지를 인식하고 그 스케쥴에 따라 수확 스테이션이 단을 수확하거나 스킵하게 하기 위한 명령을 발생한다.

일 실시예에서, 농장은 2개의 주요 섹션, 즉 재배 섹션(모듈의 세트의 각각의 모듈의 단에 의해 구현됨)과 처리 섹션(농업 모듈 처리 시스템에 의해 구현됨)으로 나누어진다. 일 실시예에서, 처리 섹션은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 카트리지의 파종, 수확 및 수확후 처리를 포함하는 농산물의 재배 이외의 모든 것이 이루어지는 농장 내의 영역이다. 일 실시예에서, 수확후 처리는 모듈이 처리 섹션과 인터페이싱하는 시점으로부터 파종된 카트리지로 다시 채워지고 재배 섹션으로의 그 복귀를 시작할 때까지 수반된 모든 작업을 칭한다. 모듈은 재배 섹션에 직립하여, 물 순환 시스템과 전기 시스템에 부착되어 그 식물을 재배한다. 이들에 한정되는 것은 아니지만, 식물이 성장한 시간 기간 및 식물 성장을 알고리즘적으로 모니터링하는 각각의 단 내에 내장된 카메라를 포함하는 다양한 인자에 따라 중앙 제어 시스템에 의해 결정된 바와 같이, 식물이 설정 성숙도에 도달할 때, 모듈은 동맥 물 시스템으로부터 그 상부 단 내로 물 유입을 불가능하게 하고 모든 그 단이 비워지도록 모든 배수 밸브를 개방함으로써 자체로 배수한다. 물은 모듈의 저부 단 내로 배수되고, 거기에서 고갈된 복귀 파이프를 통해 모듈의 상부로 다시 펌핑되고, 정맥 순환 시스템 내로 다시 비워지고, 영양분 보충 스테이션 내의 어류에 다시 복귀된다. 일단 비워지면, 모듈은 물 순환 시스템 및 전기 시스템으로부터 자체로 물리적으로 탈착되어 처리 섹션으로 이동한다.

일 실시예에서, 일단 케이싱(103) 내에 수용된 도 1에 도시되어 있는 동맥 순환 시스템을 통해 재배 섹션으로 가는 도중에 영양분 보충 스테이션을 떠나면 물을 조절하는 다수의 스테이션이 있다. 일 실시예에서, 동맥 순환 시스템은 영양분 보충 스테이션으로부터 모듈로 영양분-풍부한 물을 보내는 파이프의 네트워크이다. 스테이션 중 하나는, 물이 예를 들어 발포체와 같은 다공성 매체의 형태를 통과하여 어류 폐기물로부터 고체를 분리하는 기계적 여과 스테이션이다. 이 다공성 매체는 분배 유동에 수직인 파이프로, 고압수를 사용하여 세정된다. 밸브는 분배 라인을 차단하여 오염된 물이 동맥 순환 시스템 내로가 아니라 배수구를 통해 빠져나가는 것을 보장한다. 일 실시예에서, 조절 스테이션은 물에 유익한 박테리아를 첨가하는 작용을 한다. 조절 스테이션은 어류에 의해 생산된 물 내의 암모니아를 가져와, 재배 섹션으로 가는 도중에 이를 질산염으로 변환한다. 이 조절 스테이션은 그 표면에 박테리아가 서식하는 플라스틱 공 또는 자갈과 같은, 다수의 큰 표면적 물체를 수용한다. 파생 실시예에서, 균근이 서식하고 성장하고 동맥 순환 시스템 내로 진입하여 그 성장을 부스팅하는 것을 돕기 위해 재배하는 식물의 뿌리에 부착될 수 있는 다른 조절 스테이션이 제공된다. 이는 그 뿌리에 균근을 재배하는 식물을 유지하는 깊은 물 래프트(raft)일 수 있다. 일단 영양분-고갈된 물이 정맥 순환 시스템을 통해 영양분 보충 스테이션을 향해 복귀되면, 임의의 병원균 또는 조류를 제거하는 UV 필터가 정맥 순환 시스템 파이프(107)에 인라인으로 추가되어 있다.

도 7은 수확 스테이션에 있는 도 6의 모듈(612)의 등각도이다. 도 7은 모듈(705)이 수확 스테이션과 인터페이싱하는 실시예를 도시하고 있다. 단(703)의 방수 도어(700)가 개방되었고 수확 스테이션은 그 수확 아암(701, 702)을 단(703) 내로 신장하고 수확될 모듈(705) 외부로 카트리지(704)를 가져오려고 한다. 일 실시예에서, 방수 도어(700)는 방수를 보조하기 위해 일본 부채(Japanese fan)처럼 개방 및 폐쇄하는 고무 힌지 및 고무 측면을 사용한다. 다른 실시예가 또한 통상의 기술자에게 가능하다.

수확 스테이션 자체는 어떻게 이들이 동작하는지가 다양한 다수의 수확 서브스테이션을 가질 수 있고, 카트리지(704)는 그 내에서 재배된 작물 유형에 따라 상이한 서브스테이션으로 인도된다. 일 실시예에서, 카트리지(704)가 상추 또는 유사한 잎채소의 작물을 포함하는 경우, 이는 회전 절단 디바이스와 같은 잎채소를 수확하기 위한 특정 수확 메커니즘을 갖는 서브스테이션으로 인도된다. 이 서브스테이션에서 회전 절단 디바이스는 하나의 평면에서 회전하고, 카트리지는 디바이스를 통해 밀려, 상추 또는 잎채소의 상단부 또는 판매 가능한 부분이 그 뿌리로부터 분리될 수 있게 한다. 이 절단 디바이스는 카트리지로부터 식물의 모든 상단부를 제거하여, 이들을 추가 처리 서브스테이션으로 유도하고, 여기서 상단부들은 이들이 픽업되거나 그 최종 고객에게 배송되기 전에 환경적으로 제어되는 저장실에서 포장 및 저장을 위해 준비가 된다. 다른 수확 서브스테이션은 상이한 유형의 작물을 수확하기 위해 존재한다. 다른 실시예에서, 다양한 농산물에 대한 다양한 수확 스테이션은 로봇 수집 시스템을 포함한다. 일 실시예에서 딸기 수확 서브스테이션은 로봇 핸드를 갖는다. 뿌리 채소를 수확하기 위한 몇몇 실시예에서, 뿌리 채소 수확기가 사용된다. 뿌리 채소 수확 서브스테이션에서는 고구마의 식용 잎채소와 같은 감자 식물의 잎 부분이 절단 디바이스를 사용하여 카트리지의 상단로부터 제거되고, 폐기, 퇴비화 또는 포장 및 저장을 위해 인도된다. 일단 뿌리 채소의 잎 부분이 카트리지로부터 제거되면, 재배 배지 사이에서 카트리지 내부에서 재배된 뿌리 채소는 추가 처리를 위해 카트리지 내로 인도된다. 이 추가 처리 중에, 뿌리 채소와 재배 배지는 카트리지로부터 제거되고, 뿌리 채소는 이어서 재배 배지로부터 분리되고, 세정되고, 픽업되거나 그 최종 고객에게 배송되기 전에, 포장 및 저장을 위해 인도된다. 다른 실시예에서, 수확 서브스테이션은 수동 또는 반수동 방식으로 카트리지의 수확을 제공하는 인간을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 수확을 위해 인간을 사용하는 것은 작물의 전용 자동화 수확기가 고장났거나 그렇지 않으면 적절하게 기능하지 않을 때 수행된다. 임의의 수의 상이한 자동화 서브스테이션과 상이한 자동화 수확 메커니즘 및 프로세스가 있을 수 있고, 또한 수동 수확 서브스테이션이 있을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 카트리지는 수동 수확 스테이션에서 인간에게 인도되어, 스테이션이 인체공학적으로 동작될 수 있게 된다. 예를 들어, 높이와 환경 조건은 인간이 작물을 효율적이고 안전하게 수확하는 것을 허용할 수 있다.

도 8은 수확 스테이션에 있는 도 6의 모듈(612)의 등각도이다. 도 8은 카트리지(800)가 수확 스테이션에 의해 모듈로부터의 단(803)으로부터 제거되어 있는 실시예를 도시하고 있다. 수확 스테이션(801, 802)의 수확 아암은 카트리지(800)를 픽업하여 이를 그 단으로부터 제거했다.

도 9는 수확 스테이션에 있는 도 6의 모듈(612)의 등각도이다. 도 9는 수확 스테이션(900, 901, 902, 903)의 수직 수확 빔에 의해 하강되어 있는 수확 스테이션(904, 905)의 수확 아암에 의해 유지되는, 그 가장 낮은 지점에서의 카트리지(906)의 실시예를 도시하고 있다.

도 10은 수확 스테이션에 있는 도 6의 모듈(612)의 등각도이다. 도 10은 식물의 기부를 통해 절단하고 식물의 상단부를 그 뿌리에서 분리할 것인 수확 와이어(1003)를 향해 수확 스테이션(1000, 1001)의 수확 아암에 의해 끌어당겨지는 카트리지(1002)의 실시예를 도시하고 있다. 일 실시예에서, 와이어는 절단을 통해 그 뿌리로부터 작물의 상단부의 분리를 허용하는 미세한 다이아몬드 입자로 코팅된 와이어인 다이아몬드 와이어이다. 다른 실시예에서, 낚시 와이어 및 유사한 와이어가 동일한 분리를 생성하는 데 사용된다.

도 11은 수확 스테이션에 있는 도 10의 카트리지(1002)의 확대 등각도이다. 수확 스테이션의 수확 아암(1100, 1101)은 회전하는 수확 와이어(1104)를 향해 카트리지(1102)를 이동시킨다. 재배 사이트 외부로 성장하는 식물의 상단부는 그 뿌리로부터 분리될 것이고, 식물의 상단부는 컨베이어 벨트(1105) 상으로 낙하할 것이고, 컨베이어 벨트는 이어서 식물의 상단부를 농산물 저장 컨테이너를 향해 수송할 것이다. 카트리지(1102)가 내향으로 끌어당겨짐에 따라 이는 결국 다른 컨베이어 벨트 상으로 이를 수송하는 컨베이어 벨트(1106) 상에 안착하고, 이 다른 컨베이어 벨트는 수확후 처리를 위해 이를 보낸다.

도 12는 수확 스테이션에 있는 도 11의 카트리지(1102)의 다른 등각도이다. 도 12는 식물이 그 재배 사이트(1204)에서 성장하게 하는 카트리지(1202)와 식물의 상단부를 그 뿌리로부터 분리하는 수확 와이어(1203) 사이의 수확 인터페이스가 상이한 각도로부터 더 상세히 도시되어 있는 실시예를 도시하고 있다. 일단 그 뿌리로부터 분리되면, 식물의 상단부는 이어서 컨베이어 벨트(1205) 상으로 낙하하고, 이 컨베이어 벨트는 이들을 농산물 저장 컨테이너로 수송한다. 수확 스테이션(1200, 1201)의 수확 아암은 수확 와이어(1203)를 향해 카트리지(1202)를 가져온다. 다른 실시예에서, 카트리지는 하향으로 각형성된 컨베이어 벨트를 따라 이동되어 식물이 중력에 의해 컨베이어 벨트(1205) 상으로 낙하하는 것을 보조하게 된다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템의 기계적 구성요소의 개략도이다. 도 13은 농장이 모듈의 다수의 스택을 포함하는 실시예를 도시하고 있고, 각각의 스택은 전기 시스템 및 물 순환 시스템에 연결된다. 각각의 모듈은 이들 시스템으로부터 분리되고 자체로 수확 스테이션으로 구동할 수 있다. 일단 모듈이 모든 그 카트리지가 수확되었고 새로 파종된 카트리지가 모듈의 각각의 단 내에 투입되었으면, 모듈은 자체로 다시 구동되어, 모듈이 전기 시스템 및 물 순환 시스템에 다시 연결되어, 식물의 새로운 작물이 성장을 시작할 수 있게 되는 재배 스테이션(1301)에 재연결된다.

일 실시예에서, 모듈은 농장 내의 모든 작업을 동작하는 클라우드 제어 소프트웨어 시스템인 농장 제어기(또한 중앙 제어 시스템 및 농장 제어기 시스템이라고도 칭함)에 의해 배열되어, 재배 섹션으로부터 처리 섹션으로 모듈을 이동하는 것이 간소화되게 된다. 이러한 실시예에서, 재배 섹션은 각각의 재배 스테이션(1301)에 배치된 전기 시스템 및 물 순환 시스템에 대한 연결 지점을 갖는 그리드로서 배열될 수 있다. 이 실시예에서, 모듈은 어느 모듈이 가장 곧 수확될 것인지에 따라 분류된 이 그리드의 축 중 하나를 따라 정렬된다. 처리를 필요로 할 때마다, 모듈은 처리 섹션으로 진행하도록 그 스택의 전방을 떠나고 그 후방에 정렬된 모든 모듈은 이들이 배수하고 물 및 전기로부터 자체로 분리하고, 하나의 재배 스테이션에 의해 전방으로 전진하고, 이어서 재연결되어 그 정상 재배 프로세스를 계속할 수 있는 프로세스로 진행한다. 일단 모듈이 처리 섹션에서 처리되면, 이는 그리드의 후방으로 복귀하여 이용 가능한 재배 스테이션에서 물 순환 시스템 및 전기 시스템에 자체로 재연결되는데, 이 이용 가능한 재배 스테이션은 그 스택의 다른 구성원이 전방으로 전진될 때 개방되어 있는 지점에 앞서 있는 스택의 단부에 있는 재배 스테이션일 수도 있다.

일 실시예에서, 일단 모듈이 처리 섹션에 도달하면, 이는 처리 장치와 상호 작용할 수 있다(도 6 참조). 일 실시예에서, 처리 장치는 농산물의 처리에 수반되는 모든 기계 및 다른 장치와 수확된 농산물의 파종, 수확 및 저장에 수반되는 장비 뿐만 아니라 이들 프로세스에 수반되는 모든 장비를 포함한다. 처리 장치는 수확 준비가 된 식물을 갖는 카트리지를 제거함으로써 재배된 식물을 수확하고, 이어서 농장의 중앙 제어 시스템에 의해 결정된 종류의 새로운 종자의 세트를 다시 심는다. 새로운 종자의 세트는 비어있는 카트리지 내에 심어지고 새로 파종된 카트리지는 이제 비어있는 단 내에 투입된다. 모듈의 처리는 단으로부터 단으로 수직으로 진행된다. 각각의 단은 이어서 그 카트리지를 제거하고, 처리하고, 이어서 새로 파종된 카트리지를 그에 복귀시킨다. 일 실시예에서, 이는 상부로부터 저부로, 한 번에 한 단씩 수행된다. 일단 이것이 모듈의 모든 단에 대해 수행되면, 모듈은 전술된 바와 같이 재배 섹션으로 다시 복귀한다. 카트리지를 채용하지 않는 대안 실시예에서, 수확 장치는 식물을 제거하기 위해 단 내부에 도달할 수 있다. 카트리지를 사용하지 않는 다른 실시예에서, 수확 장치는 수확될 준비가 된 식물을 포함하는 서랍을 끌어당겨 꺼낸다.

일 실시예에서, 모듈의 각각의 단 내의 트로프는 트로프의 거의 전체 길이 및 폭을 채우는 제거 가능한 카트리지를 포함한다. 이러한 실시예에서, 카트리지는 알루미늄으로 제조되고 그 저부 및 측면은 물이 이들을 통해 유동할 수 있도록 콜랜더(colander)처럼 천공되어 있다. 이 실시예에서 카트리지의 상부는 식물이 그 외부로 성장할 수 있도록 그 구멍이 존재하는 다른 금속 시트(500)에 의해 커버되어 있다. 이들 구멍은 재배될 수도 있는 각각의 종류의 식물에 대해 특별히 이격될 수 있는데, 예를 들어 버터헤드 상추의 경우 구멍은 그 중심이 6 인치 이격되어 있는 2 인치 직경 구멍일 수도 있고, 반면 마늘의 경우 이들은 그 중심이 3 인치 이격되어 있는 2 인치 직경 구멍일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 상부 플레이트(500)는 예를 들어 새싹채소를 재배하기 위해 제외될 수 있다. 카트리지 내부는 다공성 라이닝으로 라이닝되고, 이어서 재배 배지로 채워져 있다. 바람직한 실시예에서, 재배 배지는 코코넛 코이어(coconut coir)이고 다공성 라이닝은 한랭사(cheesecloth)이다. 코코넛 코이어는 식물이 재배되는 재배 배지로서 역할을 하는 코코넛의 껍질로부터 유도된 불활성 재료이다. 트로프가 물로 채워질 때 라이닝은 영양분-풍부한 물이 코이어에 도달하여 식물에 위킹되는 영양분을 그에 가져올 수 있는 것을 보장하지만, 코이어는 빠져나와 물을 오염시키거나 밸브를 막히게 할 수는 없다. 다른 실시예에서, 카트리지는 한랭사 이외의 물 투과성 재료, 예를 들어 다공성 플라스틱 천으로 라이닝될 수 있고, 발포체, 플라스틱 천, 암면, 자갈, 토양, 점토암 또는 유사한 재료와 같은 코코넛 코이어 이외의 상이한 재배 배지를 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 카트리지는 처리 중에 처리 장치의 수확 스테이션의 수확 아암에 의해 제거된다(도 7 내지 도 12 참조). 일 실시예에서, 수확 아암은 수직 수확 빔과의 그 연결을 통해 상하로 이동하고 내향 및 외향으로 이동하여 수확 와이어에 의한 수확을 위해 수확 가능한 카트리지를 제거하도록 단 내로 도달하고 이어서 파종된 카트리지를 수확 가능한 카트리지가 오는 비어있는 단 내로 복귀시키는 수평 빔이다. 이러한 실시예에서, 수확 와이어는 식물의 상단부를 그 뿌리로부터 분리하기 위해 식물의 기부를 회전하고 절단하는 팽팽한 금속 와이어이다. 수확 스테이션은 도 6에 상세히 구현되어 있고, 모듈과 인터페이싱하여 수확 가능한 카트리지를 제거하고, 이러한 카트리지 내에서 재배된 식물을 수확하고, 수확후 처리를 위해 수확된 카트리지를 보내고, 다음 작물 재배를 위해 파종된 카트리지를 상기 모듈의 단 내에 다시 재설치하는 것을 담당하는 농장의 부분을 칭한다. 이러한 실시예에서, 수직 수확 빔은 수확 아암에 연결되어 수확될 단으로부터 카트리지를 픽업하고 파종된 카트리지를 비어있는 단 내로 복귀시키기 위해 수확 아암을 상향 및 하향으로 이동하는 것을 담당하는 수직 빔을 칭한다. 카트리지는, 카트리지 내에서 성장하는 현재 채소를 수확하고, 카트리지를 세정하고, 새로운 재배 배지를 추가하고, 모듈의 단 내의 트로프로 복귀되기 전에 카트리지 내에 새로운 종자를 심을 때 처리 장치 내부의 스테이션으로부터 스테이션으로 이동된다. 트로프로 복귀되는 카트리지는 수확 중에 제거된 것과 동일한 카트리지일 수 있거나 또는 준비된 카트리지의 풀로부터 끌어당겨진 다른 카트리지일 수 있다. 스테이션으로부터 스테이션으로의 이동은 다양한 방식으로 발생할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 카트리지는 모두 센서로 모니터링되고 농장 제어기 시스템에 의해 제어되는 컨베이어 벨트, 피스톤 및 전자석을 사용하여 이동된다.

이 수확 방법에 대한 수많은 대안이 존재한다. 다른 실시예에서, 카트리지의 덮개는 2개의 평행한 금속 단편으로 구성될 수 있고, 그 각각 내에는 그 사이에 공기 간극이 존재하는 동일한 상부 플레이트 구멍이 있다. 다양한 실시예에서, 와이어, 블레이드, 레이저 및 다른 도구와 같은 절단 기구가 수확 프로세스 동안 그 뿌리로부터 식물을 분리하는 데 사용된다. 유사하게, 하나 이상의 절단 기구는 심지어 카트리지의 덮개에 내장될 수 있고 처리 장치는 식물을 절단 위해 이들 절단 기구를 이동하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 그 뿌리가 카트리지에 부착되거나 부착되지 않은 상태로 식물을 뽑기 위한 메커니즘이 사용될 수 있다. 이러한 메커니즘의 예는 로봇 아암이지만, 심지어 카트리지를 거꾸로 뒤집고 물을 사용하여 재배 배지를 헹굼하여 식물이 낙하하게 하는 것과 같은 더 많은 방법이 채용될 수 있다.

대안 실시예에서, 단은 제거 가능한 카트리지를 포함할 필요가 없다. 대신, 수확 스테이션은 각각의 단 내에 도달하여 기존 작물의 제거 및 새로운 작물의 식재를 실행할 수 있다. 이는 수많은 방식으로 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 트로프 자체는 전술된 카트리지 덮개와 유사하게 그 내에 구멍을 갖는 금속 덮개를 포함할 수 있고, 수확 스테이션으로부터의 아암이 식물을 절단하고 수확하기 위해 도달할 수 있고, 또는 절단 기구가 덮개 내에 내장될 수 있고 처리 장치가 이를 트리거링하여 식물을 절단하고, 이어서 수확 스테이션은 절단된 식물을 단으로부터 제거할 수 있다. 이는 아암에 부착된 공압 시스템을 사용하는 것과 같은 수많은 방식으로 수행될 수 있다. 아암을 구멍으로부터 구멍으로 이동하여 재배 배지 내에 적절한 종자를 배치하여, 식재가 유사하게 진행될 수 있다.

일 실시예에서, 카트리지는 먼저 그 기존 식물이 카트리지의 상부로부터 수확되는 스테이션으로 이동한다. 이는 임의의 수의 방식으로 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 팽팽한 이동 금속 와이어가 도 11 및 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 카트리지가 카트리지의 상부 바로 위의 높이에서 장치를 통해 취하는 경로를 가로질러 배치된다. 이 금속 와이어의 운동과 높은 장력은 코이어 내에 남아 있는 그 뿌리로부터 채소를 분리할 수 있게 한다. 이들이 절단됨에 따라, 채소는 와이어의 바로 위에 있는 컨베이어 벨트(1205)에 도착하게 된다. 이 컨베이어는 이들을 농산물 저장 컨테이너(607)로, 이어서 작물이 식용 채소를 갖는 상추와 같은 것인 경우 패킹 스테이션으로, 또는 작물이 식용 불가능 채소를 갖는 감자와 같은 것인 경우 퇴비로 이동한다. 일 실시예에서, 농산물 저장 컨테이너는 수확된 식물이 수확된 후 수확 스테이션으로부터 운반되는 재사용 가능한 컨테이너이다. 이 컨테이너는 수확된 농산물을 분배될 때까지 저장하고, 컨테이너는 세정된 후에 다시 재사용되도록 분배 후에 농장으로 복귀된다. 몇몇 실시예에서, 패킹 스테이션은 수확된 채소가 퇴비화를 위해 또는 판매를 위해 선택되어 이들이 판매 가능한 경우 냉각기로 또는 이들이 판매 가능하지 않으면 퇴비화를 위해 보내지는 농장의 섹션이다. 금속 코움(comb)이 와이어 바로 위에 추가되어 채소의 잎이 금속 와이어에서 이격되어 이들이 절단되지 않게 되는 것을 보장할 수 있다. 다른 실시예에서, 채소 및 채소의 뿌리가 온전한 상태로 코이어가 카트리지로부터 분리되어, 식물이 통으로서 수확될 수 있게 한다. 이는 예를 들어, 뿌리에서 재배 배지를 세정하기 위해 워터젯을 사용함으로써 행해질 수 있다. 다른 실시예에서, 상부 플레이트는 카트리지로부터 분리되어, 뿌리가 온전한 상태로 식물을 상향으로 들어올리고, 반면 카트리지는 뒤집어서 재배 배지를 덤핑하고, 뿌리는 이어서 워터젯이 분사되어 뿌리를 세정한다. 이는 뿌리를 포함하는 통식물의 수확을 가능하게 할 것이다.

다른 실시예에서, 식물은 상부 플레이트 내부의 네트 컵 내에서 재배되고, 네트 컵은 상부 플레이트의 재배 사이트 내부에 배치된다. 이들 네트 컵은 상부 플레이트로부터 자동으로 제거 및 추가될 수 있다. 이들 네트 컵은 먼저 그 내부에 재배 배지를 배치하고 이어서 자동 파종 기계를 사용하여 이들에 종자를 추가한다. 종자는 이어서 발아 영역에서 그 네트 컵 내에서 발아하도록 남겨진다. 네트 컵 내에 수용된 성공적으로 발아된 종자는 카트리지의 상부 플레이트 내에 기계적으로 이식된다. 이 실시예에서 단지 성공적으로 발아한 종자만이 농장의 재배 섹션 내에서 재배하도록 이어서 모듈 내에 투입되는 카트리지의 상부 플레이트 내로 이식되는 2단계 식재 프로세스가 가능하다. 이 실시예는 또한 뿌리가 온전한 식물의 다른 수확 형태를 허용하는데, 여기서 네트 컵은 상부 플레이트로부터 기계적으로 제거되고, 재배 배지는 예를 들어 워터젯으로 네트 컵으로부터 제거되고, 뿌리가 온전한 식물은 포장 영역으로 수송된다. 이전에 언급된 수확 방법은 또한 식물이 네트 컵으로 이러한 방식으로 재배될 때 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 카트리지는 이어서 처리 장치를 통해 다음 스테이션인 카트리지 재설정 스테이션까지 계속되고, 이는 카트리지로부터 코이어와 뿌리를 제거한다. 일 실시예에서, 카트리지 재설정 스테이션은 수확된 카트리지가 그 내부 재배 배지와 그로부터 제거된 뿌리를 갖고, 세정되고, 습식 코이어로 다시 채워지고 농산물의 추가 재배를 위해 재파종되도록 파종 스테이션으로 보내지는 농장의 섹션이다. 이러한 실시예에서, 파종 스테이션은 자동 파종 기계에 의해 카트리지가 파종되는 농장의 섹션이다. 카트리지 재설정 스테이션에서, 기계적 분리 장치가 그 내부에서 재배된 뿌리로부터 코이어를 분리한다. 코이어는 재사용될 수 있도록 유지된다. 카트리지 내에서 재배된 작물이 상추와 같이 그 뿌리가 판매 가능하지 않은 것이면, 뿌리는 퇴비로 보내진다. 카트리지 내에서 재배된 작물이 감자와 같이 그 뿌리가 판매 가능한 것이면, 이들은 패킹 스테이션으로 보내진다. 카트리지 재설정 스테이션은 다수의 방식으로 동작할 수 있다. 일 실시예에서, 카트리지의 상부 플레이트가 제거되고, 카트리지가 뒤집혀서, 체(sieves)와 유동하는 물을 사용하는 기계적 분리 장치 내에 코이어와 뿌리를 덤핑하여 더 미세한 코이어를 더 낮은 레벨로 밀어내고 뿌리는 기계적 분리 장치의 더 높은 레벨에 남겨둔다.

카트리지 저부는 이어서 재사용을 위해 저장된다. 몇몇 실시예에서 카트리지 저부는 즉시 재사용되고, 다른 실시예에서는 모듈의 상이한 단 또는 상이한 모듈에 대해 완전히 재사용된다. 카트리지의 상부 플레이트는, 상이한 상부 플레이트가 상이한 종류의 작물에 대해 사용되기 때문에 별도로 저장된다. 중앙 제어 시스템은 어느 종류의 카트리지 저부 및 상부 플레이트가 재사용을 위해 이용 가능한지를 계속 추적한다.

일 실시예에서, 카트리지는 또한 이제 비어있는 트로프에 투입될 준비가 된다. 동일한 트로프로부터 제거된 것일 수도 있고 아닐 수도 있는 카트리지 저부는 먼저 카트리지 재설정 스테이션에서 습한 재배 배지로 채워진다. 이는 가장 최근에 처리된 카트리지로부터 방금 제거된 재배 배지일 수 있고, 또는 재배 배지의 큰 통(vat)으로부터 나올 수 있다. 감자와 같이 눈이 있는 파종된 작물의 경우, 눈이 기계적으로 재배 배지 내에 혼합될 때 파종이 발생한다. 그러나, 이러한 작물은 또한 예를 들어 자동 파종 기계로 종자처럼 식재될 수 있다. 카트리지는 이어서 그에 추가된 적절한 상부 플레이트를 갖는다.

상추와 같은 작물의 경우, 카트리지는 이어서 중앙 제어 시스템이 적절한 종자 유형을 선택하는 파종 스테이션으로 이동하고 자동 파종 기계는 각각의 상부 플레이트 구멍의 중심에 종자를 배치한다. 자동 파종 기술은 이미 잘 알려져 있고 통상의 기술자에 의해 쉽게 적응 가능해야 한다.

파종된 카트리지는 이어서 모듈의 비어있는 트로프로 이동된다. 일 실시예에서, 도 7에 구현된 수확 스테이션은 단으로부터 단으로 수직으로 이동하고, 모듈의 각각의 단을 이러한 방식으로 처리하고, 기존 카트리지를 제거하고, 그 내용물을 수확하고, 이를 파종된 카트리지로 교체한다. 중앙 제어 시스템은, 재배 섹션으로 복귀하여 그리드 내에서 이용 가능한 재배 스테이션을 찾고 물 순환 시스템과 전기 시스템에 재연결하여 새로 파종된 작물의 그 새로운 재배를 시작하도록 모듈에 명령한다.

스테이션으로의 처리 장치의 분할은 통상의 기술자에 의해 다양한 방식으로 행해질 수 있다. 일 실시예에서, 카트리지를 제거하는 것과 이러한 카트리지로부터 식물을 수확하는 것은 동시에 발생한다. 제거 가능한 카트리지가 없는 실시예에서는 동시의 카트리지의 제거 및 수확이 중요한데, 이는 이어서 처리 장치가 단 내에 도달하여 서랍을 끌어당겨 꺼내고, 이를 처리하고 다시 밀어 넣음으로써 유사한 작업을 수행할 수 있기 때문이다. 카트리지가 제거되더라도, 카트리지 처리에 대한 다양한 간단한 변경이 통상의 기술자에 의해 이루어질 수 있다.

일 실시예에서는 다수의 모듈이 동시에 처리될 수 있도록 다수의 처리 장치가 존재한다.

도 14는 도 1의 수송형 모듈 중 하나의 단에서 재배되고 수확되는 작물의 수명주기를 도시하고 있는 도면이다. 작물의 수명주기는 5개의 상이한 단계; 재배 섹션 내에서 재배, 재배 섹션으로부터 처리 섹션으로의 수송, 새로운 작물의 수확 및 식재를 포함하는 처리, 이어서 처리 섹션으로부터 재배 섹션으로 새로운 작물의 수송을 포함한다.

몇몇 실시예에서, 농장의 리듬은 모듈 내에서 작물의 자동 식재를 야기하는 주문에 의해 결정된다. 이는 재배 섹션으로의 이들 모듈의 수송, 모듈과 영양분 순환 시스템 사이의 항상성 상호 작용, 및 이어서 그 작물이 수확되고 이어서 새로운 작물이 식재되게 하기 위한 모듈의 최종 수송의 연쇄 반응인데, 이는 도 14에 도시되어 있는 실시예의 작물 수명주기를 형성한다.

다른 실시예에서, 영양분 보충은 아쿠아포닉을 통해 발생한다. 이 실시예에서, 영양분 보충 스테이션은 요구된 영양분을 생산하기에 충분한 어류를 보유하는 어류 탱크를 포함한다. 아쿠아포닉 분야의 통상의 기술자는 요구된 물의 체적에 대한 식물 대 어류의 비, 뿐만 아니라 바람직한 유량을 인지할 것이다. 탱크는 임의의 수의 방식으로 편성될 수 있다. 일 실시예에서, 어류 탱크는 물이 유출되고 이어서 복귀할 수 있게 하도록 배치된 구멍을 갖는 단일 플라스틱 컨테이너로 구성된다. 대안적으로, 어류 탱크는 IPC 토트 또는 심지어 바닥에 내장된 풀과 같은 많은 더 소형 탱크의 복합물일 수 있다. 영양분 보충 스테이션은 또한 자동화 방식으로 어류에게 사료 공급하는 데 필요한 기계류를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 자동화 방식으로 어류에게 사료 공급하는데 필요한 기계류는 중앙 제어 시스템에 의해 제어된다.

도 15는 도 1의 시스템의 기계적 및 다른 구성요소 사이의 관계를 도시하고 있는 차트이다. 범례 1500은 엔티티 사이의 관계를 나타내는 차트의 상징을 설명한다. 관계(1501)는 농장 제어기 엔티티와 농장의 고객 사이의 관계를 나타내고 있는데, 특히 고객은 하나의 농장 제어기에 등록할 수 있고 농장 제어기는 그에 등록된 0개 이상의 고객을 가질 수 있다. 관계(1502)는 일 실시예에서, 고객이 0개 이상의 주문을 하고 각각의 주문이 단일 고객에 의해 이루어지는 것을 나타내고 있다. 관계(1503)는 농장 제어기가 이들 명령을 관리하고, 이들 주문을 사용하여 작물의 식재 및 수확을 안내한다는 것을 나타내고 있다. 관계(1504)는 주문이 하나 이상의 작물을 포함하고 각각의 작물이 단일 주문의 일부인 것을 나타내고 있다. 다수의 별개의 작물은 또한 단일 단에서 재배될 수 있다. 도 15에서, 작물은 종이라기보다는, 함께 처리될 관련 식물의 그룹을 칭한다. 관계(1505)는 각각의 작물이 하나 이상의 농업 단에 맵핑되어 재배되고, 각각의 단은 그 내에서 재배되는 0개 이상의 작물을 갖는 것을 나타내고 있다. 단은 실시예의 상세에 따르는 특정 크기를 갖는다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 대량 주문의 작물은 수많은 단에 걸쳐 있다. 유사하게, 농장이 주문으로 완전히 부킹되어 있지 않으면, 몇몇 단이 비어있을 수 있다. 관계(1506)는 각각의 단이 정확히 하나의 농업 모듈 내에 수용되고 각각의 농업 모듈이 하나 이상의 단을 수용하는 것을 나타내고 있다. 이 도면이 암시하는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 단일 작물은 다수의 모듈을 가로질러 다수의 단에 걸쳐 있다. 관계(1507)는 농장 제어기가 그가 관리하는 주문에 대한 작물 수명주기를 실행하기 위해 하나 이상의 농업 모듈을 제어하는 것을 나타내고 있다. 관계(1508)는 농장 제어기가 농장의 수성 양액 순환 시스템을 제어하여 작물이 이들이 필요로 하는 영양분을 제공받는 것을 보장함으로써 그와 같이 행한다는 것을 나타내고 있다. 몇몇 실시예의 동작에는 필수적인 것은 재배 섹션으로부터 처리 섹션으로 수확될 준비가 된 작물의 수송이 통합된다. 관계(1509)는 농장 제어기가 관계(1503)에서 관리하는 작물에 따라 이것이 발생하게 하도록 모듈 수송 시스템을 제어하는 것을 나타내고 있다. 관계(1510)는 작물의 현재 상태와 모듈 수송 시스템으로 송신된 명령에 따라, 모듈 수송 시스템이 처리를 위해 0개 이상의 모듈을 이동하는 것을 나타내고 있다. 관계(1511)는 농장 제어기가 일단 이들이 처리 장치에 도달하면 모듈로부터의 작물을 처리하도록 처리 장치를 제어하는 것을 나타내고 있다. 관계(1512)는 처리 장치가 이어서 작물을 처리하는 것을 도시하고 있다. 작물 수명주기 도면(도 14)에 도시되어 있는 바와 같이, 처리는 수확될 준비가 된 작물이 있는 경우 기존 작물의 수확, 및 단에 추가될 작물을 요구하는 미해결의 주문이 있으면 제2 작물의 식재를 포함할 수 있다.

도 16a는 본 발명의 실시예에 따른 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템(1600)의 구성요소를 도시하고 있는 블록도이다. 이 실시예에서, 농장의 주 제어기(1610)와 데이터베이스(1620)는 클라우드(1605) 내에 위치된다. 데이터베이스(1620)는 수직 농업을 관리하는 데 필요한 모든 기록을 보유한다. 다양한 실시예에서 데이터베이스는 특히, 주문에 맵핑된 작물, 모듈을 가로지르는 단에 맵핑된 작물, 재배 스테이션에 맵핑된 모듈, 모듈 수송 시간표, 작물 수명주기 스케쥴, 센서 데이터 및 모듈 트래픽 제어 데이터를 포함한다.

농업 모듈(1601)은 클라우드(1605)와 상호 작용하는 모듈 제어기(1603)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 모듈(1601)은 동작을 어떻게 진행해야 하는지를 나타내는 명령을 클라우드(1605)로부터 수신한다. 몇몇 실시예에서, 모듈 제어기(1603)는 일련의 센서, 액추에이터 및 서브시스템과 상호 작용하여 모듈의 상태를 모니터링하고 필요한 경우 이를 변경한다. 다양한 실시예에서 모듈의 센서, 액추에이터 및 서브시스템은 특히, UWB 위치 센서, 구동 모터, 배터리 제어 시스템, 근접도 센서 및 재배 스테이션 엄빌리컬 밸브 제어 시스템을 포함한다. 다양한 실시예에서, 모듈의 상태는 모듈의 위치 및 배향, 뿐만 아니라 수성 양액 순환 시스템에 대한 그 연결 상태를 포함한다. 다양한 실시예에서 클라우드(1605)는 WiFi, 블루투스, RFID, 유선 연결 및 다른 다양한 통신 방법을 통해 모듈과 통신한다. 몇몇 실시예에서, 모듈 제어기(1603) 및 다양한 단(1604)을 각각 갖는 복수의 모듈(1601)이 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 모듈은 상이하지만, 다른 실시예에서는 각각의 모듈은 동일하다.

일 실시예에서, 모듈은 모듈의 농업 단의 세트(1604a, 1604b)의 각각의 구성원을 모듈의 모듈 제어기(1603)에 네트워킹하는 내장 네트워킹 스위치를 수용한다. 네트워크 연결은 모듈 제어기는 농장 제어기 시스템 및 클라우드(1605) 내에 존재하는 모듈 수송 제어 시스템과의 그 상호 작용에 따라 각각의 단의 상태 및 거동을 조절할 수 있게 한다.

몇몇 실시예에서, 각각의 단(1604a, 1604b)은 일련의 센서 및 액추에이터와 상호 작용하는 그 자신의 제어기를 갖는다. 다양한 실시예에서, 이들 센서 및 액추에이터는 특히, 카메라, 카메라 갠트리 모터, 배수 밸브, 유입 유동 센서, 정상 유출 유동 센서, 배수 유출 유동 센서, 수온 센서, 공기 온도 센서, 질산염 센서, 수심 센서, 도어 모터, 재배 조명, 공기석 및 산소 센서를 포함한다. 센서와 액추에이터는 단의 상태를 모니터링하고 그 상태 변경을 실행한다. 다양한 실시예에서, 센서 및 액추에이터는 예를 들어, 영양분 풍부한 물이 그 카트리지 내의 작물에 도달하고, 수송을 위해 배수되게 하는 등을 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 단의 제어기는, 그 위치가 예를 들어, 이러한 단 내에서 재배되는 각각의 식물의 미디어에 집중하고 캡처할 수 있도록 단의 제어기에 의해 제어되는 단의 카메라로부터의 미디어를 포함하는 센서 데이터의 정상 스트림을 기록하고 클라우드 데이터베이스에 송신한다.

클라우드(1605)는 또한 수성 양액 순환 시스템(1606)에 연결된다. 몇몇 실시예에서 수성 양액 순환 시스템은 제어기를 갖는다. 클라우드(1605)는 농장의 수많은 재배 스테이션의 상태와 모듈의 상태를 조절하기 위해 이 연결을 사용한다. 재배 스테이션은 모듈이 그 작물을 재배하는 장소이다. 다양한 실시예에서, 클라우드 내의 농장 제어기(1610)는 모듈이 적절하게 위치되고 수성 양액의 유동을 수용하기 위한 적절한 상태에 있을 때 재배 스테이션 엄빌리컬 밸브가 개방되어 물이 모듈의 동맥 수용 파이프 내외로 유동할 수 있게 하는 것을 보장한다. 농장 제어기(1610)는 이어서 각각의 모듈의 정맥 복귀 파이프를 통해 각각의 모듈의 저부 단으로부터 다시 펌핑되어, 이 물을 정맥 순환 시스템의 파이프 내로 덤핑하고, 뿐만 아니라 전기 연결 지점을 사용하여 모듈의 배터리를 재충전하도록 영양분-고갈된 물에 명령한다.

농장 제어기 시스템(대안적으로 농장 제어기 및 중앙 제어 시스템으로서 알려져 있음)은 또한 영양분 보충 스테이션의 아쿠아포닉 핵심으로서 사용되는 어류의 공급 및 관리를 위한 스케쥴을 갖고, 수성 영양분 순환 시스템 제어기의 동작을 조절하여 그 공급 및 관리에 영향을 미친다.

일 실시예에서, 농장 제어기(1610)가 모듈이 이동해야 하고 어디로 이동해야 하는지를 결정할 때, 모듈을 배수하고 이어서 그 재배 스테이션에서 전기 시스템 및 물 순환 시스템으로부터 이를 분리하여 어떠한 수성 양액도 흘리지 않고 독립적으로 이동할 수 있게 되도록 수성 양액 순환 시스템(1606)과 모듈 제어기(1603) 사이의 이들 클라우드 시스템을 통해 조절이 발생한다.

일 실시예에서, 농장 제어기(1610)가 특정 작물 세트가 수확되어야 한다고 결정할 때, 클라우드 내의 농장 제어기 시스템은 모듈 수송 제어 시스템을 통해, 수성 양액 순환 시스템(1606)으로부터 분리하고 농장의 처리 장치(1607)로 이동하기 위해 어느 이들 작물이 그 데이터베이스 내에 맵핑될지를 모듈에 명령함으로써 농장의 재배 섹션으로부터 농장의 처리 섹션으로의 모듈 트래픽의 흐름을 제어한다.

도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d 및 도 16e는 본 발명의 실시예에 따른 수송형 모듈을 사용하는 수직 농업 시스템(1600)의 구성요소를 도시하고 있는 블록도이다. 도 16a는 수직 농업 시스템(1600)을 도시하고 있고, 도 16b 내지 도 16e는 수직 농업 시스템(1600) 내의 다양한 구성요소를 더 상세히 도시하고 있다.

도 16a의 실시예에서, 처리 장치(1607)는 무선 네트워크 연결을 통해 농업 제어기 시스템에 연결된 그 자신의 제어기에 의해 제어된다. 이는 일단 모듈의 제어기(1603)가 클라우드의 모듈 수송 제어 시스템에 그 내장 센서에 따라 처리 장치에 도달했음을 알리면, 클라우드(1605) 내의 농업 제어기가 모듈 상의 수확 및 재식재 프로세스를 조절할 수 있게 한다. 도달은 농업 제어기 시스템에 의해 중재된 조절에 따라 처리 장치의 센서에 의해 검증될 수 있다. 모듈의 처리는 처리 장치의 제어기(1607)가 각각의 그 서브스테이션의 동작을 조절하여 수행된다.

일단 처리 장치(1607)가 클라우드 내의 농업 제어기 시스템으로부터의 명령에 따라 잠재적으로 새로운 작물의 식재를 포함하여 모듈의 처리를 완료하면, 모듈이 재배 섹션으로 다시 이동할 준비가 된 것을 농업 제어기 시스템에 알린다. 농업 제어기 시스템 및 클라우드 모듈 수송 제어 시스템은 농장 내의 모듈 트래픽의 흐름을 제어하고 재배 섹션으로 복귀하여 농장 제어기 시스템이 비어있는 것으로 결정한 재배 스테이션에 연결하도록 새로 처리된 모듈의 제어기에 명령한다. 일단 모듈 제어기(1603)가 그 센서에 따라, 농업 제어기 시스템과 모듈 수송 제어 시스템에 이것이 도달했음을 알리면, 농장 제어기 시스템은 모듈 제어기(1603) 및 수성 양액 순환 시스템 제어기(1606)와 상호 작용함으로써 자유 재배 스테이션에서 전기 시스템 및 물 순환 시스템에 대한 모듈의 재연결을 조절한다.

농장의 동작의 대부분은 농장 제어기 시스템에 의해 제어되어, 완전히 자동이지만, 본 발명의 일 실시예는 또한 농장 제어기 시스템에 연결되는 웹 인터페이스(1608)를 포함한다. 이 인터페이스는 고객이 주문을 하고 이들의 주문을 볼 수 있게 하고, 또한 농장 직원이 시스템의 상태를 모니터링하고 시스템의 임의의 양태의 상태 및 동작을 오버라이드할 수 있게 한다. 도 16a의 실시예에서는 각각의 시스템(1601, 1606, 1607, 1608)이 클라우드를 통해 연결된 것을 도시하고 있지만, 다양한 실시예에서, 다양한 시스템이 서로 직접 연결된다.

도 16b는 수직 농업 시스템(1600)의 모듈(1601)을 도시하고 있는 블록도이다. 농장의 농업 모듈의 세트(1601)는 모듈 제어기(1603)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 모듈 제어기(1603)는 wifi 연결을 통해 클라우드(1605)와 통신한다. 다양한 실시예에서, 모듈 제어기는 LAN 케이블, RFID, 블루투스 및 다른 유형의 연결과 통신한다. 모듈 제어기(1603)는 일련의 센서, 액추에이터 및 서브시스템과 상호 작용하여, 모듈의 위치, 배향 및 수성 양액 순환 시스템에 대한 그 연결 상태를 포함하여, 모듈의 상태를 모니터링하고 그 변경에 영향을 미친다. 모듈 제어기(1603)는 농장 제어기 시스템 및 모듈 수송 제어 시스템과의 그 연결을 가로질러 수신한 명령에 따라 동작한다.

모듈(1601)은 또한 모듈의 농업 단의 세트(1604)의 각각의 구성원을 모듈의 모듈 제어기(1603)에 네트워킹하는 내장 네트워크 스위치(1602)를 수용한다. 이 네트워크 연결은 모듈 제어기는 농장 제어기 시스템 및 클라우드(1605) 내의 모듈 수송 제어 시스템과의 그 상호 작용에 따라 각각의 단의 상태 및 거동을 조절할 수 있게 한다.

각각의 단(1604)은 단이 그 상태를 모니터링하고 영양분 풍부한 물이 그 카트리지 내의 작물에 도달하여, 수송을 위해 배수하는 등과 같은 변경을 실행할 수 있게 하는 일련의 센서 및 액추에이터와 상호 작용하는 그 자신의 제어기를 갖는다. 단의 제어기는 또한 모듈 제어기의 wifi 연결을 통해, 때때로 그 위치가 예를 들어, 단 내에서 재배되는 각각의 식물에 집중하고 캡처할 수 있도록 단 제어기에 의해 제어되는 단의 카메라로부터의 미디어를 포함하는 센서 데이터의 정상 스트림을 기록하고 클라우드 데이터베이스(1620)에 송신한다.

도 16c는 수직 농업 시스템(1600)의 수성 양액 순환 시스템(1606)을 도시하고 있는 블록도이다. 몇몇 실시예에서, 수성 양액 순환 시스템(1606)은 wifi를 통해 클라우드(1605)에 연결된다. 농장 제어기(1610)는 농장의 수많은 재배 스테이션의 상태와 모듈의 상태를 조절하기 위해 이 연결을 사용한다. 재배 스테이션은 모듈(1601)이 전기 시스템 및 물 순환 시스템에 연결되어 모듈이 그 작물을 재배할 수 있게 하는 농장 내의 위치이다. 이러한 방식으로, 농장 제어기(1610)는 모듈이 적절하게 위치되고 수성 양액의 유동을 수용하기 위한 적절한 상태에 있을 때 재배 스테이션 엄빌리컬 밸브가 개방되어 물이 모듈의 동맥 수용 파이프 내외로 유동할 수 있게 하고, 이어서 각각의 모듈의 저부 단으로부터 각각의 모듈의 정맥 복귀 파이프를 통해 다시 영양분-고갈된 물을 펌핑할 수 있게 하여, 이 물을 정맥 순환 시스템의 파이프 내로 덤핑하고, 뿐만 아니라 전기 연결 지점을 사용하여 모듈의 배터리를 재충전하는 것을 보장한다.

농장 제어기 시스템은 또한 영양분 보충 스테이션의 아쿠아포닉 핵심으로서 사용되는 어류의 공급물 및 보충제의 분배, 및 관리를 위한 스케쥴을 갖고, 수성 영양분 순환 시스템 제어기의 동작을 조절하여 공급물 및 보충제의 분배, 및 관리에 영향을 미친다.

농장 제어기(1610) 및 클라우드(1605) 내의 모듈 수송 제어 시스템이 모듈이 이동해야 하고 어디로 이동해야 하는지를 결정할 때, 모듈을 배수하고 이어서 그 재배 스테이션에서 전기 시스템 및 물 순환 시스템으로부터 이를 분리하여 어떠한 수성 양액도 흘리지 않고 독립적으로 이동할 수 있게 되도록 수성 양액 순환 시스템 제어기(1606)와 모듈 제어기(1603) 사이의 이들 클라우드 시스템을 통해 조절이 발생한다.

농장 제어기 시스템의 스케쥴이 특정 작물 세트가 수확되어야 한다고 결정할 때, 농장 제어기 시스템은 클라우드(1605) 내의 모듈 수송 제어 시스템을 통해, 도 16c에 도시되어 있는 바와 같이 수성 양액 순환 시스템(1606)으로부터 분리하고 농장의 처리 장치(1607)로 이동하기 위해 어느 이들 작물이 그 데이터베이스 내에 맵핑될지를 모듈에 명령함으로써 농장의 재배 섹션으로부터 농장의 처리 섹션으로의 모듈 트래픽의 흐름을 제어한다.

도 16d는 처리 장치(1607)가 연결부를 통해 농장 제어기 시스템에 연결된 처리 장치 제어기에 의해 제어되는 것을 도시하고 있다. 이는 일단 도 16a에 도시되어 있는 모듈의 제어기(1603)가 클라우드(1600)의 모듈 수송 제어 시스템에 그 내장 센서에 따라 처리 장치에 도달했음을 알리면, 농장 제어기(1610)가 모듈(1610)의 수확 및 재식재 프로세스를 조절할 수 있게 한다. 이는 농장 제어기 시스템에 의해 중재된 조절에 따라 수확 장치의 센서에 의해 검증될 수 있다. 모듈의 처리는 이어서 본 명세서의 다른 부분에 설명된 바와 같이 진행될 수 있고, 처리 장치 제어기(1609)는 각각의 그 서브스테이션의 동작을 조절한다.

일단 처리 장치 제어기(1609)가 클라우드(1605) 내의 농장 제어기 시스템으로부터의 명령에 따라 잠재적으로 새로운 작물의 식재를 포함하여 모듈의 처리를 완료하면, 모듈이 재배 섹션으로 다시 이동할 준비가 된 것을 농장 제어기(1610)에 알린다. 농장 제어기(1610) 및 클라우드(1605) 내의 모듈 수송 제어 시스템은 이어서 농장 내의 모듈 트래픽의 흐름을 제어하고 재배 섹션으로 복귀하여 농장 제어기 시스템이 비어있는 것으로 결정한 재배 스테이션에 연결하도록 새로 처리된 모듈의 제어기에 명령한다. 일단 도 16a에 도시되어 있는 바와 같이, 모듈 제어기(1603)가 농장 제어기(1610) 및 모듈 수송 제어 시스템에 모듈이 도달했음을 알리면, 농장 제어기(1610)는 이용 가능한 재배 스테이션에서 전기 시스템 및 물 순환 시스템에 대한 모듈의 재연결을 조절한다. 몇몇 실시예에서, 모듈 제어기(1603)는 모듈이 재배 스테이션에 도달할 때를 결정하기 위해 복수의 센서를 사용한다.

몇몇 실시예에서, 농장의 동작의 대부분은 클라우드(1605) 내의 농장 제어기(1610)에 의해 제어되어 완전히 자동이다. 그러나, 이들 실시예는 클라우드(1600) 내의 농장 제어기 시스템에 연결되는 웹 인터페이스(1608)를 포함한다. 이 인터페이스는 고객이 주문을 하고 이들의 주문을 볼 수 있게 하고, 또한 농장 직원이 시스템의 상태를 모니터링하고 잠재적으로 시스템의 임의의 양태의 상태 및 동작을 오버라이드할 수 있게 한다.

도 16e는 수직 농업 시스템(1600)의 클라우드(1605) 및 웹 인터페이스(1608)를 도시하고 있는 블록도이다. 클라우드(1605)는 데이터베이스(1620)에 각각 연결된 농장 제어기 시스템 및 모듈 수송 제어 시스템을 포함한다. 데이터베이스(1620)는 작물을 나타내는 데이터 및 이력 데이터에 대한 접근을 농장 제어기 시스템에 제공하고, 이는 농장 제어기 시스템이 특히 작물을 수확, 이동, 식재 및 조명을 시작할 때를 인지하는 것을 돕는다. 다양한 실시예에서, 데이터베이스(1620)는 농장의 다양한 양태에 대한 데이터를 포함한다. 몇몇 실시예에서 농장 제어기 시스템과 모듈 수송 시스템은 하나의 유닛으로서 실행된다. 일 실시예에서 클라우드(1605)는 농장 내의 컴퓨터이다.

웹 인터페이스(1608)는 데이터베이스, 농장 제어기 시스템 및 모듈 수송 제어 시스템에 대한 사용자 접근을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 농장 제어기(1610)는 농장을 자동으로 실행하지만, 자동 제어를 오버라이드하기 위해 웹 인터페이스(1608)를 통한 접근을 허용한다. 몇몇 실시예에서, 웹 인터페이스(1608)는 농장 내의 컴퓨터 상의 모니터이다. 다른 실시예에서, 웹 인터페이스(1608)는 웹사이트이다. 다양한 실시예에서, 클라우드(1605)는 WiFi, LAN 및 다른 네트워크 연결을 통해 도 16a의 다른 시스템과 통신한다.

도 17은 본 발명의 일 양태에 따른 수확 프로세스의 실시예를 도시하고 있는 블록도이다. 이 실시예에서, 단계 1700에서 카트리지는 단으로부터 제거되고 카트리지는 단계 1701에서 채소의 수확으로 이동한다. 채소가 수확된 후, 이들은 포장(1702)으로 이동하고 이어서 냉장 저장소(1703)로 이동한다. 단계 1704에서, 채소가 카트리지로부터 수확된 후, 카트리지의 상부 플레이트가 제거되고 상부 플레이트는 상부 플레이트 저장소(1705)로 이동한다. 단계 1706에서, 카트리지는 이어서 코이어와 뿌리가 제거되는 코이어 및 뿌리 제거 스테이션으로 이동한다. 단계 1712에서, 카트리지는 저장소로 이동된다. 한편, 단계 1707에서 코이어와 뿌리가 분리되고, 코이어는 코이어 저장소(1708)로 이동한다. 뿌리가 판매 가능하면, 이들은 포장(1709)으로 이동하고 이어서 냉장 저장소(1710)로 이동한다. 뿌리가 판매 가능하지 않으면, 이들은 퇴비(1711)로 이동한다.

도 18은 본 발명의 일 양태에 따른 파종 프로세스의 실시예를 도시하고 있는 블록도이다. 파종 프로세스는 비어있는 카트리지가 카트리지 저장소로부터 이동될 때 단계 1800에서 시작되고 단계 1802에서 코이어 저장소(1801)로부터 코이어가 채워진다. 단계 1804에서, 상부 플레이트가 상부 플레이트 저장소(1803)로부터 카트리지 상에 배치되도록 카트리지가 이동한다. 단계 1806에서, 카트리지는 종자 저장소(1805)로부터 그 내에 투입된 종자를 갖는다. 단계 1807에서, 카트리지는 컨베이어(603)로 이동하고 거기에서 수확 스테이션에 있는 모듈의 단(1807) 내에 배치된다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 모듈(1900)에 연결되는 구동 유닛(1903)의 등각도이다. 도 19의 실시예는 농업 모듈(1900) 및 구동 유닛(1903)을 포함하는 농장의 모듈 수송 시스템을 도시하고 있다. 이 실시예에서, 모듈(1900)은 그 아래에 레그(1901)에 연결된 볼 캐스터(1902)가 있는 세장형 레그(1901)를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 볼 캐스터(1902)는 모듈이 구르는 것을 가능하게 한다. 구동 유닛(1903)은 휠(1905) 및 구동 유닛 커넥터(1904) 상에 표현되어 있는데, 이는 구동 유닛(1903)을 모듈(1900)에 연결한다. 구동 유닛(1903)은 모듈(1900)의 이면에 연결되어 모듈(1900)이 농장 둘레를 이동하는 것을 가능하게 한다. 구동 유닛은 중앙 제어 시스템에 의해 제어된다. 다른 실시예에서, 구동 유닛(1903)은 위, 아래, 주위 또는 그 임의의 조합으로부터 모듈(1900)에 연결된다. 다양한 실시예에서, 모듈(1900)은 컨베이어, 풀리, 리프트, 엘리베이터, 레일, 트랙 및 다른 수송 모드를 통해 농장 둘레를 이동한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 구동 유닛(1903)은 모듈(1900)을 수송하는 전기 구동식 돌리(dolly)이다. 몇몇 실시예에서, 휠(1904)은 메카넘 휠이고 구동 유닛 커넥터(1904)는 잭이며, 이는 모듈이 돌리에 의해 이동되는 것을 가능하게 하는 충분한 높이로 돌리를 상승시키도록 구성된다. 전기 구동식 돌리 실시예에서, 모듈은 레그 위에 있을 수 있다. 잭이 모듈(1900)을 상승시킴에 따라, 레그가 더 이상 지면에 닿지 않고 이어서 모듈을 창고 공간 둘레로, 예를 들어 수확 스테이션으로 이동시킨다. 다른 실시예에서, 모듈은 자체로 휠 위에 있다. 모듈(1900)은 모듈(1900)의 중량이 구동 유닛(1903)에 의해 지지될 때 해제되는 브레이크를 제공하는 서스펜션 시스템을 포함할 수 있다. 서스펜션 시스템은 바닥을 연결하도록 설계된 휠 또는 볼 캐스터를 그 단부에 포함할 수 있다. 모듈을 이동시키기 위해, 구동 유닛(1903)은 잭 또는 다른 방법을 사용하여 모듈(1900)을 상승시키고 모듈의 중량을 일부를 지지한다. 이는 서스펜션 시스템의 브레이크를 해제하고 구동 유닛(1903)에 의한 모듈(1900)의 이동을 허용하며, 반면 모듈의 휠 또는 볼 캐스터는 지면에 남아 모듈(1900)의 이동을 보조한다.

몇몇 실시예에서, 구동 유닛(1903)은 바닥 및 모듈 상의 가이드를 통해 안내된다. 구동 유닛(1903)은 바닥 상의 가이드에 대한 위치를 결정하기 위해 센서의 세트를 사용한다. 몇몇 실시예에서, 구동 유닛(1903)은 농장 제어기와 함께 작동하여 가이드에 대한 위치를 결정한다. 다른 실시예에서, 구동 유닛(1903)은 자율적으로 작동하거나 인간에 의해 제어된다. 구동 유닛(1903)은 또한 모듈을 픽업하거나 해제하기 위한 적절한 장소를 결정하기 위해 모듈 가이드를 통해 모듈 아래의 그 위치를 검출할 수 있다. 가이드의 일 예는 구동 유닛(1903)에 대한 경로를 묘사하는 바닥 상의 라인의 세트 및 들어올리기 전에 모듈이 위치되어야 하는 장소를 묘사하기 위한 모듈의 저부 상의 마커이다. 일 실시예에서 위와 아래의 구동 유닛 감지 가이드의 중복성은 구동 유닛이 정확한 공간에서 동작하는 것을 보장하기 위해 작동한다. 관련된 실시예에서, 구동 유닛(1903)은 그 위치 및 경로를 결정하기 위해 실내 gps를 사용한다.

도 20은 모듈(2000) 아래에 있는 도 19의 구동 유닛(1903)의 등각도이다. 구동 유닛(2001)은 농장 둘레로 모듈(2000)을 이동하기 위해 그에 연결을 준비할 때 모듈(2000) 아래에 끼워진다.

도 21은 모듈(2101)에 연결을 준비하는 도 19의 구동 유닛(1903)의 등각도이다. 구동 유닛 커넥터(2100)는 모듈 연결 사이트(2101)에서 모듈의 이면에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 구동 유닛 커넥터(2100)는 모듈 연결 사이트(2101)에 연결되고, 이는 모듈이 농장 둘레로 이동하는 것을 가능하게 한다.

도 22는 구동 유닛 커넥터(1904)가 상승되어 모듈(1900)의 모듈 연결 사이트(2201)와 연결되어 있는 도 19의 구동 유닛(1903)의 등각도이다. 도시되어 있는 바와 같이, 구동 유닛 커넥터(2200)는 모듈과 구동 유닛이 농장 둘레에서 함께 이동하는 것을 가능하게 하는 모듈 연결 사이트(2201)와의 연결을 형성했다.

도 23a는 벽(2300)이 카트리지용 경사로로서 작용하도록 구성된 단(703)의 등각도이다. 몇몇 실시예에서 경사로는 경사로의 전방의 벽과 조합하여 사용된다. 이 실시예에서, 벽은 또한 도어일 수 있다. 다양한 실시예에서, 경사로는 카트리지가 제거되어 단 내에 다시 배치되게 하기 위한 더 양호한 접근을 제공한다. 몇몇 실시예에서 이는 경사로에 의해 제공되는 안내 슬라이드로 인해 발생할 수도 있다.

도 23b는 인접 벽이 렌더링되지 않은 경사로로서 구성된 벽(2300)을 도시하고 있는 단(703)의 절결도이다. 다양한 실시예에서 경사로는 카트리지 및 시스템에 카트리지에 대한 용이한 접근 및 단 내로 카트리지를 배치하기 위한 충분히 넓은 간극을 제공하기 위해 상이한 높이와 각도를 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 경사로는 제거 가능하다.

일 실시예에서, 중앙 제어 시스템을 통해 농장의 동작을 조절하는 프로세스는 클라우드에 의해 중재된다. 대안 실시예에서, 부지의 컴퓨팅 시설을 사용하여 실행되는 중앙 제어 시스템은 농장의 동작을 조절하는 데 사용된다. 중앙 제어 시스템의 처리는 특정 작물이 특정 단 내에 식재되었을 때의 기록 유지를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 이 데이터는 해당 작물을 심게 한 고객으로부터의 주문과 상호 참조된다. 중앙 제어 시스템은 농장 전체에 걸쳐 센서를 모니터링함으로써 농장의 항상성 균형을 유지한다. 이러한 센서는 유량 센서, 수온 및 공기 온도 센서, pH 센서, 암모니아 센서, 질산염 센서, 용존 산소 센서, 습도 센서, 수심 센서, 전압 센서, 카메라, 모듈용 위치설정 센서 등을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이들에 한정되는 것은 아니지만, 전기 모터, 스테퍼 모터, 서보, 전자석, 전동식 또는 솔레노이드 기반 밸브, 펌프 등과 같은 다양한 액추에이터를 활성화함으로써 농장의 변화에 영향을 미치는 것을 통해, 통상의 기술자는 이들 구성요소를 사용하여 본 명세서 전체에 걸쳐 설명된 시스템을 어떻게 구성할지를 이해할 것이다. 몇몇 실시예에서 특정 상호 작용은 식물의 재배를 모니터링하고 이들을 식물의 예상 재배 속도와 비교하기 위한 각각의 단 내의 카메라 갠트리의 동작, 또는 UWB 위치설정 정보의 모니터링을 포함한다. 중앙 제어 시스템은 또한 모든 전자 구성요소의 상태를 지속적으로 기록하여, 재생 가능한 농장의 디지털 트윈을 생성한다. 중앙 제어 시스템은 모듈이 재배 섹션으로부터 처리 섹션으로 이동할 때를 스케쥴링하고 어떻게 나머지 모듈이 자체로 위치설정되는지를 편성한다. 이는 또한 고객 주문 또는 다른 입력에 기초하여 어느 식물이 재식재되어야 하는지를 제어한다.

일 실시예에서, 농장의 구성요소는 모듈형 방식으로 설계 및 구성되고, 여기서 각각의 전체 구성요소의 섹션은 서로 별도로 구성되고, 이어서 이후에 함께 결합되어 전체 구성요소를 만든다. 이 실시예는 농장 구성요소의 효율적인 배송과 농장 구성요소의 효율적인 구성을 가능하게 한다.

일 실시예에서 종자는 종자의 외부 판매자로부터 공급된다. 다른 실시예에서, 종자는 농장에서 재배된 종자의 수확을 통해 공급된다. 다른 실시예에서 종자는 상기 2개의 방법의 조합으로부터 공급된다.

몇몇 실시예에서, 작물 재배의 실험은 수온, 공기 온도, 이산화탄소 레벨, 물 및 공기 산소 레벨, 물 영양분 레벨, 조명 조건, pH, 공기 이동 조건, 및 다른 유사한 재배 조건과 같은 재배 조건 파라미터의 교란을 통해 수행된다. 일 이러한 실시예에서, 카메라는 상이한 모듈에서 식물의 재배를 모니터링하고, 각각의 모듈은 상이한 재배 조건을 갖고, 각각의 세대의 작물이 관찰되고 가장 최적의 작물을 생산하는 재배 조건이 추가 실험이 발생하는 다음 세대의 작물에 대한 기준선 재배 조건으로서 사용된다. 이 실시예에서 이 프로세스는 더 높은 작물 품질을 갖는 목표 및 최적의 재배 조건의 더 양호한 이해를 갖고 지속적으로 반복된다. 이 실험의 프로세스는 재배되는 모든 유형의 작물을 위해 이용된다.

일 실시예에서, 다른 것들 중에서도 이동, 고정, 담수, 배수와 같은 모듈의 상태를 신호하는 시각적 표시기가 모듈 상에 존재할 것이다. 몇몇 실시예에서 표시기는 조명, 스크린, 또는 모듈의 상태를 나타내는 몇몇 다른 방법이다.

일 실시예에서, 수생종은 전통적으로 또는 로봇식으로 동작되는 양식의 형태로 재배 및 판매될 수 있다.

일 실시예에서, 식물 뿌리 또는 사용 불가능 재배 배지, 양식 폐기물 또는 유사한 것과 같은 농장의 동작 중에 생산된 임의의 사용 불가능 재료는 수집되어 농장 사용을 위해 사용되거나 예를 들어 퇴비로서 판매될 수 있다.

일 실시예에서, 농산물은 통식물로서 판매를 위해 재배되거나 판매 전에 추가 가공될 수 있다. 작물은 농장으로부터만 재배된 작물, 또는 농장에서 재배된 작물과 외부 위치로부터 농장으로 가져온 제품의 조합을 통해 임의의 수의 형상, 일관성 또는 조합으로 가공될 수 있다. 스프레드, 가루, 분말, 개별 화학 물질, 광물 또는 다른 기본 구성요소 또는 다른 제품과 같은 임의의 수의 유형의 최종 제품이 농장에서 재배된 작물로부터 생산될 수 있다. 이들 제품은 내부에서 또는 외부에서 사용될 수도 있다. 통작물, 미가공, 가공, 농장 재배 또는 농장 외부 제품의 조합의 임의의 형태의 작물은 가공되거나 가공되지 않을 수 있고 식품, 의약품, 재료 사용 및 상기의 임의의 조합과 같은 임의의 수의 용도로 판매될 수 있다.

일 실시예에서, 재생 에너지 생산 디바이스는 농장용 전력을 발생하는 데 사용된다. 이러한 예는 다른 것들 중에서도, 태양광, 풍력, 조력, 지열, 수력, 및 바이오매스를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 주변 워터 그리드로부터 물이 펌핑되거나 펌핑되지 않고 농장에서 사용되는 빗물 수집 탱크, 대기 물 변환 기술 및 담수화 기술의 다양한 조합을 통해 환경 물이 격리된다. 농장에 의해 독립적으로 수집된 물은 또한 외부에서 판매될 수 있다.

일 실시예에서, 농장에서 생산된 제품은 외부 구매자에게 배송되거나 픽업된다.

다른 실시예에서, 작물은 뿌리가 온전한 또는 제거된 상태로 판매되며, 특정 작물의 식용 뿌리가 또한 판매될 수 있다. 작물은 미가공 또는 가공 상태로 판매되고, 미포장 또는 포장된 상태로 판매된다. 다양한 실시예에서, 클램쉘(clamshell), 개방형, 폐쇄형, 반폐쇄형 백 및 다른 봉입 매체와 같은 패키지가 작물을 포장하는 데 사용된다. 몇몇 실시예에서, 작물은 가공되거나 가공되지 않고 이어서 다른 가공 또는 미가공 작물과 조합되어 임의의 크기의 컨테이너 또는 백 내에 포장되고, 이어서 판매되거나 추가 처리된다.

일 실시예에서, 식물은 단일 단계 프로세스로 파종되고, 발아하고 성숙한 식물로 성장하며, 이에 의해 종자는 하나의 위치에서 발아하도록 심어지고 이들이 완전한 식물로서 수확되기 전에 위치를 변경하지 않는다. 다른 실시예에서, 종자가 하나의 위치에 심어지고 그 위치에서 발아하도록 남겨지거나 즉시 다른 위치로 이동되고 이어서 이들이 이어서 수확되기 전에 성장함에 따라 이후에 하나 이상의 위치, 또는 재배되는 작물에 따라 위치의 임의의 조합 및 단계로 이동되는 다단계 프로세스를 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 꽃, 과실 채소, 뿌리 및 괴경, 뿐만 아니라 잎채소 및 알려진 세계의 임의의 다른 작물이 재배될 수 있다.

일 실시예에서, 신선함을 유지해야 할 필요가 있는 수확된 작물은 진공 냉각된다.

일 실시예에서, 냉각을 유지해야 할 필요가 있는 작물은 수확 후 즉시 냉각 시스템에 저장된다.

일 실시예에서, 아쿠아포닉 환경을 위한 공급물은 탄소 격리 유도 공급물, 조류 또는 다른 식물 기반 공급물, 곤충 기반 공급물, 양식 기반 공급물, 또는 이들 공급물의 임의의 조합으로부터 유도되고, 공급물은 내부적으로 성장되거나 또는 외부에서 공급된다.

일 실시예에서, 많은 영양분 보충 스테이션이 있다. 파생 실시예에서, 영양분 보충 스테이션은 어류 탱크이다.

다양한 실시예에서, 중력 레벨의 변경은 인지된 중력의 더 낮은 레벨, 더 높은 레벨, 더 낮은 레벨과 더 높은 레벨의 조합을 인위적으로 생성하는 스피닝을 통해 식물을 위한 재배 조건을 개선하도록 시뮬레이션된다.

다른 실시예에서, 농장은 고객이 동일한 부지에서 재배된 작물을 구매하는 것이 가능한 통합 상점을 갖는다.

다른 실시예에서, 농장은 상향 및/또는 하향으로 진행되는 다수의 레벨로 구성되고, 그 각각은 그 자신의 모듈의 세트, 처리 섹션, 재배 섹션 및 수성 양액 순환 시스템을 갖는다.

다양한 실시예에서, 모듈당 하나의 구동 유닛이 있고, 모듈당 하나 초과의 구동 유닛이 있으며, 모듈당 하나 미만의 구동 유닛이 있다. 다양한 농장, 건물 및 레이아웃에 대해 통상의 기술자는 모듈에 대한 구동 유닛의 적절한 비를 인식할 수 있을 것으로 이해된다.

확장성. 본 발명의 수직 농장의 대부분의 실시예는 모듈의 추가를 통해 이용 가능한 바닥 공간의 치수를 가로질러 효과적으로 확장된다. 모듈 처리 시스템의 처리량이 영양분 순환 시스템과 마찬가지로 농장에서 사용되는 모듈의 수와 함께 확장하는 것을 보장하기 위해 몇몇 주의가 기울어져야 한다. 본 발명의 다양한 실시예를 확장하는 것은, 필요에 따라 이들 시스템의 구성요소를 복제하는 것을 종종 수반하는, 모듈 처리 시스템 및 영양분 순환 시스템을 확장하는 것을 요구한다. 작물 재배를 위해 사용되는 총 면적이 증가함에 따라, 따라서 또한 이들 작물을 수확하기 위해 사용되는 영양분의 공급과 구성요소의 처리량이 증가되어야 한다는 것이 명백하다. 영양분의 공급을 증가시키는 것은, 예를 들어, 영양분 보충 스테이션의 수를 증가시키거나 기존의 영양분 보충 스테이션의 영양분의 농도를 증가시킴으로써(예를 들어, 아쿠아포닉 영양분 보충 스테이션 내의 어류의 수를 증가시킴으로써) 달성될 수 있다. 수직 농장 내의 모듈의 수가 증가함에 따라, 수성 영양분 순환 시스템은 유사하게 예를 들어, 모듈이 수성 영양분 순환 시스템과 인터페이싱할 수 있는 연결 지점의 수를 증가시킴으로써 확장을 요구할 것이다. 모듈이 수성 영양분 순환 시스템과 인터페이싱할 수 있는 연결 지점의 수는 모듈의 수, 뿐만 아니라 전체 시스템의 기하학 형상과 설계에 의존한다는 것이 명백할 것이다. 담수 및 배수는 종종 본 발명의 실시예에 따른 수직 농업 시스템의 동작 설계의 일부를 형성하고, 연결 지점의 수는 작물이 담수됨에 따라 작물의 영양분 요구 사항을 지원하기에 충분해야 한다. 수확 처리량은 가장 간단한 경우에, 추가 수확 서브스테이션을 제공함으로써 증가될 수 있다.

몇몇 실시예에서 시스템은 수직 방향으로 확장된다. 수직 확장은 각각의 모듈에 단을 추가함으로써 달성된다. 그러나, 단이 추가됨에 따라, 그 높이가 그 베이스 면적을 초과하는 구조체가 쉽게 무너짐에 따라 모듈이 불안정해질 수도 있다. 기계 공학의 통상의 기술자는 요구 공식 및 모듈과 같은 구조체에 이를 어떻게 적용할지를 인식할 것이다. 예를 들어, 바람직한 실시예를 수직으로 확장하기 위해, 모듈의 수직 높이를 증가시키기 위해 모듈의 더 큰 베이스 면적을 제공할 수도 있다.

일 실시예에서, 작물은 제거 가능한 카트리지 내의 모듈의 각각의 단 내부에서 재배된다. 바람직한 실시예에서, 이 카트리지는 약 4 제곱 피트이므로 인간은 이들이 수확 스테이션에서 그로부터 작물을 수확해야 할 필요가 있으면 각각의 측면으로부터 그를 가로질러 쉽게 도달할 수 있게 된다. 모듈이 그 베이스 면적을 증가함에 따라, 카트리지의 증가된 베이스 면적이 공간을 이용하기 위해 사용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 단일 카트리지는 수많은 더 작은 카트리지로 교체되어 각각의 개별 카트리지는 수동 수확을 허용하기 위해 충분히 작게 되는데, 예를 들어, 약 4 제곱 피트가 된다. 일 예에서, 하나의 이러한 확장된 실시예의 모듈의 베이스 면적이 7 제곱 피트인 경우, 각각의 단은 3 내지 3.5 제곱 피트의 면적을 각각 갖는 2×2 그리드의 카트리지를 포함할 것이다. 모듈이 25 피트×25 피트 크기인 실시예에서, 각각의 단은 4 제곱 피트의 면적을 갖는 카트리지의 6×6 그리드로 배열된 36개의 카트리지를 포함할 수 있다. 다양한 스케일의 실시예에서, 단 내의 모든 카트리지의 조합된 크기는 물이 카트리지 주위로 유동하게 하기 위한 공간을 제공하고 카트리지를 단 외부로 들어올리는 것을 더 쉽게 하기 위해 모듈의 베이스 폭보다 더 작다. 이러한 방식으로 더 많은 카트리지를 추가함으로써, 모듈은 베이스 높이를 적절하게 조정하고 이어서 수확 스테이션에 의해 여전히 쉽게 도달되는 수많은 카트리지를 사용함으로써 임의의 수직 높이로 확장될 수 있다. 더 작은 카트리지는 한 사람이 이들을 가로질러 도달할 수 있게 하는 데 사용될 수 있다.

농장의 모듈 처리 섹션은 또한 수직 높이의 증가를 수용하도록 확장된다. 예를 들어, 모듈을 확장할 때, 단으로부터 카트리지를 제거하는 엘리베이터의 높이는 모든 단에 도달하기 위해 증가되어야 할 필요가 있다. 유사하게, 몇몇 실시예에서, 지게차 메커니즘은 확장된 단 내의 각각의 카트리지에 도달하도록 수정된다. 더욱이, 지게차 메커니즘의 제어 시스템은 단당 복수의 카트리지를 제거하여 이들을 컨베이어 벨트 상에 배치하도록 수정된다. 몇몇 실시예에서, 그 높이가 증가되지 않더라도 더 큰 베이스 면적을 갖는 모듈이 사용된다.

담수 및 배수 주기 본 발명의 일 실시예에서, 수직 농장은 작물이 주기적으로 수성 양액이 침수되고 주기적으로 건조되게 허용되는 담수 및 배수 주기를 사용한다. 담수 기간 동안, 무엇보다도, 영양분이 작물의 뿌리로 유도된다. 배수 기간 동안, 무엇보다도, 산소는 식물의 뿌리에 도달하는 것이 가능하다. 대안적으로, 양액 내에 산소를 첨가하는 산소 기포 발생기가 채용되어, 산소가 뿌리에 도달하게 하기 위해 작물의 뿌리가 오랜 시간 동안 배수될 필요가 없을 수도 있게 된다. 몇몇 실시예에서, 몇몇 작물은 산소가 이들에 도달하게 하기 위해 배수를 전혀 필요로 하지 않도록 충분한 기포 발생기가 사용된다. 담수 및 배수 주기의 정확한 상세는 다수의 인자에 기초하여 다양할 수 있고, 이는 그 제약에 대해 실시예의 특정 설계의 다양한 인자를 균형화하기 위해 다양한 실시예에서 채용된다. 담수 및 배수는 몇몇 실시예가 재배되는 작물의 면적에 비해 더 많거나 더 적은 어류를 가질 수 있게 한다. 예를 들어, 많은 실시예에서, 수성 양액은 모듈 내의 각각의 단으로 차례로 유동한다. 이러한 실시예에서, 수용액의 영양분 밀도가 충분히 높지 않으면, 마지막 단은 충분한 영양분을 수용하지 못할 것이다. 다른 단 내의 배수 밸브를 개방하는 동안 하나의 단 내의 배수 밸브를 폐쇄함으로써 개별 단이 서로 독립적으로 담수 또는 배수될 수 있기 때문에 담수 및 배수가 이를 교정하는 데 사용된다. 이러한 방식으로, 몇몇 실시예에서는, 영양분 밀도가 한 번에 모두 공급하기 위해 충분히 높지 않더라도, 더 높은 모듈 내의 이후의 단이 여전히 그 작물을 위한 요구 영양분을 수용하는 것을 보장하기 위해 담수 및 배수가 선택적으로 단을 우회할 수 있다. 유사하게, 모든 모듈을 서비스하기 위한 농장 내의 영양분 순환 시스템에 대한 충분한 연결 지점이 존재하지 않으면, 배수된 모듈은 분리되어 다른 모듈이 그 요구된 영양분을 수용할 수 있게 하기 위해 방해가 되지 않게 이동될 수 있다. 따라서, 다양한 실시예는 무엇보다도, 모듈의 수, 모듈당 단의 수, 각각의 단 내의 작물의 수 및 유형, 영양분 순환 시스템에 대한 연결의 수, 및 수용액의 영양분 밀도(이는 예를 들어 아쿠아포닉 실시예에서 요구된 어류 및 어류 탱크의 수를 의미함) 사이의 균형을 달성할 수 있다. 이들 인자의 작동 균형을 달성하기 위해, 작물의 뿌리가 충분한 산소 및 영양분에 접근을 갖게 주의가 기울어져야 한다. 요구 산소 및 영양분의 양은 아쿠아포닉, 수경재배 및 분무경재배 농업의 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예는 이 단락 이후의(그리고 본 출원의 마지막에 제공된 실제 청구범위 전에) 단락에 열거된 잠재적 청구항에 의해 특징화될 수도 있다. 이들 잠재적 청구항은 본 출원의 기입된 설명의 부분을 형성한다. 이에 따라, 이하의 잠재적 청구항의 주제는 본 출원 또는 본 출원에 기초하여 우선권을 주장하는 임의의 출원과 관련된 이후의 절차에서 실제 청구항으로서 제시될 수도 있다. 이러한 잠재적 청구항의 포함은 실제 청구항이 잠재적 청구항의 주제를 커버하지 않는다는 것을 의미하도록 해석되어서는 안 된다. 따라서, 이후의 절차에서 이들 잠재적 청구항을 제시하지 않기로 한 결정이 대중으로의 주제의 기증으로서 해석되어서는 안 된다.

전술된 본 발명의 실시예는 단지 예시적이도록 의도되고; 수많은 변형 및 수정이 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 모든 이러한 변형 및 수정은 임의의 첨부된 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

수직 농업 시스템이며,
수송 가능한 농업 모듈의 세트로서, 각각의 모듈은 수직으로 배열된 농업 단의 세트를 갖고, 각각의 단은 수성 입력부 및 수성 출력부를 갖고,
(i) 작물의 세트의 재배를 위한 물리적 지원을 제공하도록;
(ii) 작물에 대한 수성 양액의 순환을 지원하도록; 그리고
(iii) 작물에 조명을 제공하도록 구성되는, 수송 가능한 농업 모듈의 세트;
각각의 단의 수성 입력부와 수성 출력부에 결합되고 모듈의 단의 세트 전체에 걸쳐 양액의 순환을 야기하도록 구성된, 수성 양액 순환 시스템;
수성 양액 순환 시스템에 결합되고, 수성 양액 내의 영양분의 보충을 야기하도록 구성된, 영양분 보충 스테이션;
농업 모듈 처리 시스템으로서:
(i) 선택된 모듈의 주어진 단의 세트 내에서 재배된 현재 작물의 세트를 수확하도록; 그리고
(ii) 선택한 모듈의 주어진 단의 세트를 후속 작물의 세트로 다시 채우도록 구성된, 농업 모듈 처리 시스템;
처리를 위해 제1 위치로부터 농업 모듈 처리 시스템으로, 그 후 제2 위치로 선택된 모듈의 수송을 야기하도록 구성된, 모듈 수송 시스템; 및
모듈 수송 시스템, 수성 양액 순환 시스템, 및 모듈 처리 시스템에 결합된 농장 제어기로서, 농장 제어기는 각각의 작물의 세트의 수명주기 관리를 구현하도록 구성되는, 농장 제어기를 포함하는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 각각의 농업 모듈은 자기-추진되는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 모듈 수송 시스템은 구동 유닛의 세트를 포함하고, 각각의 구동 유닛은 농업 모듈 중 선택된 하나를 로딩하고 선택된 농업 모듈을 목적지로 수송하도록 구성되는, 수직 농업 시스템.
제3항에 있어서, 구동 유닛의 세트는 농업 모듈의 세트 내의 구성원보다 더 적은 수의 구성원을 갖는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 영양분 보충 스테이션은 농업 시스템이 아쿠아포닉적으로 동작하게 하도록 구성된 수생 동물의 세트를 포함하는, 수직 농업 시스템.
제2항에 있어서, 영양분 보충 스테이션은 농업 시스템이 아쿠아포닉적으로 동작하게 하도록 구성된 수생 동물의 세트를 포함하는, 수직 농업 시스템.
제3항에 있어서, 영양분 보충 스테이션은 농업 시스템이 아쿠아포닉적으로 동작하게 하도록 구성된 수생 동물의 세트를 포함하는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 농장 제어기는 선택된 모듈의 수송을 자동으로 시작하도록 구성되는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 제1 위치와 제2 위치는 동일한, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 농업 모듈 처리 시스템은 작물의 세트의 뿌리의 세트로부터 재배 배지를 분리하도록 구성되는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 농장 제어기는 세트 내의 각각의 작물의 수명주기 관리에 관한 정보를 저장하는 데이터베이스에 결합되는, 수직 농업 시스템.
제11항에 있어서, 농장 제어기는 선택된 모듈 내에서 재배되는 현재 작물의 세트의 수명주기 관리와 일치하는 방식으로 선택된 수송 가능한 농업 모듈을 이동시키게 모듈 수송 시스템에 명령하도록 데이터베이스 내의 정보를 사용하는, 수직 농업 시스템.
제11항에 있어서, 농장 제어기는 선택된 모듈 내에서 재배되는 현재 작물의 세트의 수명주기 관리와 일치하는 방식으로 선택된 모듈 내에서 재배되는 현재 작물의 세트에 조명을 제공하게 선택된 모듈에 명령하도록 데이터베이스 내의 정보를 사용하는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 각각의 단은 카트리지의 세트를 포함하고, 각각의 카트리지는 현재 작물의 세트와 재배 배지를 포함하는, 수직 농업 시스템.
제14항에 있어서, 농업 모듈 처리 시스템은 주어진 단으로부터 주어진 카트리지를 제거하고 카트리지 내의 현재 작물의 세트에 기초하여 선택된 수확 서브스테이션으로 주어진 카트리지를 인도하도록 추가로 구성되는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 인간에 의해 동작되도록 구성된 주어진 수확 서브스테이션을 포함하는 복수의 수확 서브스테이션을 더 포함하는, 수직 농업 시스템.
제16항에 있어서, 수확 서브스테이션은 인간에 의해 반수동으로 동작되도록 구성되는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 모듈 수송 시스템은 수동 입력에 기초하여 선택된 모듈의 수송을 야기하도록 구성되는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 농업 모듈 처리 시스템은 각각의 단으로부터 현재 작물의 세트의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 수확 서브스테이션을 더 포함하는, 수직 농업 시스템.
제1항에 있어서, 자동으로 동작되도록 구성된 주어진 수확 서브스테이션을 포함하는 복수의 수확 서브스테이션을 더 포함하는, 수직 농업 시스템.