Robotic Sensing und Stimuli-Regelung für geführtes Pflanzenwachstum

1. Sortenauswahlverfahren HINWEIS: Dieses Protokoll konzentriert sich auf das Pflanzenverhalten im Zusammenhang mit dem Klettern, die Richtungsreaktionen auf Licht sowie die Gesundheit und das Überleben der Pflanzen in der jeweiligen Jahreszeit, dem Jeweiligen Ort und den experimentellen Bedingungen. Wählen Sie eine Pflanzenart, die bekanntermaßen einen starken positiven Phototropismus15,16 in Richtung UV-A und blaues Licht (340–500 nm) in den Anbauspitzen zeigt. Wählen Sie eine Art aus, die ein Wickler ist, bei dem das Verhalten der Umrundung17 ausgeprägt ist und die wachsende Spitze spiralförmige Bahnen mit einer ausreichend großen Amplitude hat, um die mechanischen Stützen zu umrunden, die in den spezifischen experimentellen Bedingungen verwendet werden. Das vom ausgewählten Wickler gezeigte Zwillingsverhaltenvon 18 sollte die im Experiment vorhandene Umgebung und Nährstoffbedingungen vertragen und mechanische Stützen mit Neigungswinkel bis zu 45° vertragen. Wählen Sie eine Art aus, die unter den experimentellen Bedingungen zuverlässig und schnell wächst, mit einer durchschnittlichen Wachstumsgeschwindigkeit von nicht weniger als etwa 5 cm pro Tag und möglichst schneller, wenn möglich. Wählen Sie eine Art aus, die die erforderlichen Verhaltensweisen in der aktuellen Saison und am geografischen Standort anzeigt. Stellen Sie sicher, dass die Art den Bereich der Umgebungsparameter toleriert, die im Versuchsaufbau vorhanden sein werden. Die Pflanze sollte ein Fehlen von grünem Licht und ein Fehlen von Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums (400–700 nm) tolerieren. Die Anlage sollte auch alle gegenwärtigen Temperaturschwankungen, die bei ca. 27 °C gehalten werden, sowie alle gegenwärtigen Schwankungen in Feuchtigkeit und Bewässerung tolerieren. 2. Roboterbedingungen und Design Organisieren Sie Roboterfunktionen in dezentralen Knoten mit Einplatinencomputern (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2), die in modulare mechanische Stützen integriert sind. Stellen Sie sicher, dass jeder identische Roboterknoten in der Lage ist, sein eigenes Verhalten zu steuern und auszuführen. Für die robotische Bereitstellung von Reizen für Pflanzen, geben Sie Blaulicht (400–500 nm) für Pflanzen in kontrollierbaren Intervallen, mit einer Intensität, die ihre phototrope Reaktion auslöst, aus der Richtung und Ausrichtung, die für den jeweiligen Teil des Experiments erforderlich ist . Wählen Sie eine rot-grün-blaue (RGB) Leuchtdiode (LED) oder eine isolierte blaue LED. In beiden Fällen, enthalten Sie eine LED mit einer blauen Diode mit Spitzenemission nmax = 465 nm. Wählen Sie eine LED aus, die, wenn sie in Gruppen zusammengeführt und unter den genauen Bedingungen des eingesetzten Roboters eingestellt ist, die erforderliche Lichtintensität in jeder im Experimentieraufbau getesteten Richtung beibehalten kann. Stellen Sie für jede getestete Richtung sicher, dass die blauen Dioden in den LEDs eines einzelnen Roboters gemeinsam in der Lage sind, eine Lichtintensität von ca. 30 Lumen ohne Überhitzung beizubehalten, wenn sie sich im eingesetzten Robotergehäuse und jedem eingesetzten Robotergehäuse befinden. Wärmeableitungsstrategien. Die gewählte LED sollte einen Betrachtungswinkel von ca. 120° haben.HINWEIS: Zum Beispiel in einem Roboter mit drei LEDs pro Richtung, mit Mikrocontroller-aktivierte Regulierung der Intensität, wenn die blauen Dioden mit maximaler Lichtintensität emittieren , = 15 Lumen, dann ohne Überhitzung sollten sie in der Lage sein, 65% des Maximums zu halten.) Verbinden Sie die LEDs über LED-Treiber, die die Stromversorgung entsprechend der gewünschten Helligkeit regeln, mit dem Einplatinencomputer des Roboters. Ermöglichen Sie die individuelle Steuerung, entweder jeder LED oder der LED-Gruppen, die jede Im-Setup getestete Richtung bedienen. Für das Sensorverfahren zur Nähe von Pflanzenanbauspitzen (siehe Abbildung 3B)können verarbeitete Messwerte von Infrarot-Näherungssensoren (IR-Näherung) zuverlässig und autonom das Vorhandensein von Pflanzen erkennen, die sich aus jeder getesteten Richtung nähern. im Setup. Wählen Sie einen IR-Näherungssensor aus, der regelmäßig die wachsende Spitze der ausgewählten Pflanzenarten erkennt, wenn sie senkrecht zur zentralen Achse der Richtung angeordnet ist, aus der sich die Pflanze nähert, wie sie in einer ungehinderten Umgebung getestet wurde. Stellen Sie sicher, dass eine erfolgreiche Erkennung ab einem Abstand von 5 cm erfolgt, wie in Abbildung 3A ab dem Zeitstempel mit der Bezeichnung “07.04.16” auf der horizontalen Achse zu sehen ist. Verbinden Sie jeden IR-Näherungssensor mit dem Einplatinencomputer des Roboters und implementieren Sie einen gewichteten arithmetischen Mittelansatz, um die Sensorwerte zu einer Bestimmung zu verarbeiten, ob eine Pflanze innerhalb von 5 cm vorhanden ist. Verwenden Sie die Sensorwerte aus den neuesten um 20 % des bei der Detektion verwendeten Endgewichts zu geben. Stellen Sie sicher, dass der ausgewählte IR-Näherungssensor keine kritischen Wellenlängen aussendet, die das lichtgesteuerte Verhalten der ausgewählten Spezies beeinträchtigen könnten. Stellen Sie sicher, dass Wellenlängen, die vom Sensor unter 800 nm emittiert werden, nicht in Entfernungen von mehr als 5 mm von der IR-Quelle des Sensors vorhanden sind, gemessen durch spektrometer. Verteilen Sie die Experimentierfunktionen über den Satz von Robotern, so dass jeder Roboter die Teile, die in seinem eigenen lokalen Bereich ablaufen, autonom verwalten kann. Ordnen Sie die Bereitstellung von Lichtreizen und Sensorfähigkeiten der Roboter entsprechend den jeweiligen getesteten Pflanzenwachstumsrichtungen an. Verfassen Sie jeden Roboter um einen Einplatinencomputer, der für Wireless Local Area Network (WLAN) aktiviert ist. Verbinden Sie den Computer über eine kundenspezifische Leiterplatte (PCB) mit Sensoren und Aktoren. Schalten Sie jeden Roboter einzeln mit einem eigenen Batterie-Backup. Fügen Sie einen IR-Näherungssensor pro Richtung ein, der für herannahende Anlagen gemäß den oben genannten Anforderungen getestet wird. Fügen Sie genügend LEDs bei, um die oben genannten Anforderungen an blaues Licht zu erfüllen, und führen Sie eine Richtung ein, die für herannahende Anlagen getestet wird. Wenn Sie RGB-LEDs anstelle von blauen LEDs verwenden, aktivieren Sie optional die Emission aus der roten Diode, wenn die blaue Diode nicht verwendet wird, um die unten beschriebene Rotlichtabgabe zu erweitern (für pflanzengesundheitlich durch die Unterstützung der Photosynthese). Wenn rotes Licht von den Robotern in bestimmten Intervallen emittiert wird, dann verwenden Sie rote Dioden mit Spitzenemission von ca. max = 625–650 nm, ohne kritische Wellenlängen, die das grüne Band (d. h. unter 550 nm) oder das far-rote Band (d. h. über 700 nm) überlappen. Lassen Sie keine roten Dioden zu, die höhere Wärmeniveaus erzeugen als die blauen Dioden. Schließen Sie Hardware ein, die lokale Hinweise zwischen Robotern ermöglicht. Fügen Sie einen Photowiderstand (d. h. lichtabhängigen Widerstand oder LDR) für jede Richtung eines benachbarten Roboters ein, um ihren Lichtemittanzstatus zu überwachen. Alternativ können Sie den Status der nachbarn Nachbarn über WLAN kommunizieren. Schließen Sie Hardware ein, um Wärme abzuleiten, wie dies aufgrund der Bedingungen der ausgewählten blauen Dioden und des verwendeten Robotergehäuses erforderlich ist. Führen Sie eine Kombination aus Aluminium-Kühlkörpern, Belüftungsöffnungen im Gehäusegehäuse des Roboters und Lüftern aus. Aktivieren Sie Ventilatoren über einen digitalen Temperatursensor auf dem Einplatinencomputer oder eine zusätzliche Leiterplatte. Organisieren Sie die Roboterkomponenten so, dass die entsprechenden Richtungen einheitlich gewartet werden. Positionieren Sie die blauen Dioden, um eine gleichwertige Lichtintensität auf jede Der Richtungen zu verteilen, aus der sich pflanzen (d. h. von den mechanischen Stützen, die an der unteren Hälfte des Roboters befestigt sind, siehe Schritt 2.5). Richten Sie jede Diode im Robotergehäuse so aus, dass sich die Mittelachse ihres Linsenwinkels innerhalb von 60° jeder Achse der mechanischen Unterstützung befindet, die sie anrichtet, und positionieren Sie sie so, dass sie nicht durch das Robotergehäuse blockiert wird. Positionieren Sie die IR-Näherungssensoren entsprechend für ihre jeweiligen herannahenden Wachstumsrichtungen (d. h. von den mechanischen Stützen, die an der unteren Hälfte des Roboters befestigt sind, siehe Schritt 2.5). Positionieren Sie jeden IR-Näherungssensor innerhalb von 1 cm vom Befestigungspunkt zwischen dem gewarteten Roboter und der mechanischen Stütze, und richten Sie ihn so aus, dass sein Betrachtungswinkel parallel zur Stützachse verläuft. Stellen Sie sicher, dass Emitter und Empfänger nicht durch das Robotergehäuse blockiert werden. Positionieren Sie alle Photowiderstände für die lokale Kommunikation entsprechend für jede Richtung, die einem benachbarten Roboter im Setup zugewandt ist (d. h. von allen mechanischen Stützen, die am Roboter befestigt sind, siehe 2.5). Richten Sie jeden Fotowiderstand so aus, dass sich die Mittelachse ihres Betrachtungswinkels innerhalb von 45° der Unterstützungsachse befindet, die er anrichtet, und positionieren Sie nicht durch das Robotergehäuse blockiert werden. Montieren Sie alle Komponenten mit dem Einplatinencomputer (siehe Blockdiagramm in Abbildung 2). Stellen Sie sicher, dass der Computer für Wartungsarbeiten nach der Montage leicht zugänglich ist. Schnittstelle LEDs über LED-Treiber über LED-Treiber mittels Pulsweitenmodulation zum Computer. Verwenden Sie eine feste mechanische Verbindung zwischen den LEDs und entweder dem Gehäuse oder dem Kühlkörper, und verwenden Sie eine mechanisch uneingeschränkte Verbindung zwischen den LEDs und dem Computer. Schnittstellenlüfter zum Computer über linearen Regler (d.h. Schalter) über einen allgemeinen Eingang/Output-Header-Pin. Befestigen Sie Ventilatoren, bei denen ein ausreichender Luftstrom vorhanden ist, und stellen Sie gleichzeitig sicher, dass keine mechanische Beanspruchung auf sie ausgeübt wird. Schnittstelle IR-Näherungssensoren und Photowiderstände über Analog-Digital-Wandler über serielle Peripherieschnittstelle. Verwenden Sie eine feste mechanische Verbindung von den Sensoren zum Gehäuse und eine mechanisch uneingeschränkte Verbindung zum Computer. Herstellung des Robotergehäuses aus hitzebeständigem Kunststoff mit selektivem Lasersintern, Stereolithographie, Sicherungsabscheidungsmodellierung oder Spritzguss. Integrieren Sie die Roboter in eine Reihe modularer mechanischer Stützen, die die Roboter doppelt in Position halten und als Klettergerüst für die Pflanzen dienen, wodurch die wahrscheinlichen durchschnittlichen Wachstumspfade der Pflanzen eingeschränkt werden. Entwerfen Sie die Roboter als zusätzliche mechanische Verbindungen zwischen den Stützen, so positioniert, dass sie die Pflanzenwachstumsbahnen schneiden. Minimieren Sie die Größe des Roboters und stellen Sie sicher, dass er zuverlässig von einer nicht unterstützten Wachstumsspitze der ausgewählten Pflanzenarten übertroffen werden kann. Reduzieren Sie die Robotergröße so weit wie möglich, um die Experimentiergeschwindigkeit zu erhöhen. Gestalten Sie die Außenwände des Roboterkörpers so unauffällig wie möglich für das Pflanzenwachstum, wenn eine wachsende Spitze schrittweise um den Roboter navigiert. Rund oder facettenreich der Roboterkörper, um die spiralförmige Flugbahn der Umrundung bei zinernden Pflanzenarten nicht zu blockieren. Schließen Sie scharfe Vorsprünge und akute Einbuchtungen aus. Wählen Sie ein Material und Profil (d.h. Form des Querschnitts) für die mechanischen Stützen, so dass die ausgewählten Pflanzenarten es effektiv erklimmen können, z.B. eine Holzstange mit kreisförmigem Profil von etwa 8 mm oder weniger Durchmesser. Stellen Sie sicher, dass die mechanischen Stützen strukturell steif genug sind, um die Pflanzen und Roboter innerhalb des Setups zu unterstützen, ergänzt durch eine transparente Acrylfolie hinter dem Setup. An jedem Roboter sind Befestigungspunkte enthalten, um die angegebenen mechanischen Stützen zu verankern. Schließen Sie eine für jede Richtung ein, in die sich eine Pflanze einem Roboter nähern oder abfahren kann. Fügen Sie für jeden Befestigungspunkt eine Buchse in das Robotergehäuse ein, deren Abmessungen dem Querschnitt des Trägermaterials entsprechen. Stellen Sie die Buchse mit einer Tiefe von nicht weniger als 1 cm ein. Halten Sie die Buchse so flach, dass die Stütze nicht mit Komponenten im Inneren des Roboters kollidiert. Ordnen Sie die mechanischen Stützen in einem regelmäßig gerasterten Muster, gleichmäßig diagonal mit einem Neigungswinkel bei 45° oder steiler an. Machen Sie die Längen der Stützen einheitlich. Die minimale freiliegende Länge der Stütze beträgt 30 cm, um genügend Platz für die Kletterpflanzen zu ermöglichen, nachdem sie das Gebiet in ihrem nicht unterstützten Zustand erkundet haben. Die bevorzugte exponierte Länge beträgt 40 cm oder mehr, um einen Puffer für statistisch extreme Fälle von Pflanzenanbringung zu ermöglichen. Montieren Sie die mechanischen Elemente mit den Robotern. Das folgende Protokoll geht von einer freiliegenden Unterstützungslänge von 40 cm und einer Einrichtung von acht Robotern in vier Reihen aus (siehe Abbildung 6). Für andere Größen entsprechend skalieren. Auf der Bodenfläche, bauen Sie einen Stand 125 cm breit, die in der Lage ist, das Setup in einer aufrechten Position zu halten. Befestigen Sie ein 125 cm x 180 cm großes Blatt (8 mm dick oder mehr) aus transparentem Acryl am Ständer, so dass es aufrecht steht. Positionieren Sie Töpfe mit dem entsprechenden Boden auf dem Ständer, gegen das Acrylblech. Befestigen Sie zwei mechanische Y-Verbindungen auf der Acrylfolie, 10 cm über den Töpfen. Positionieren Sie die Gelenke 45 cm bzw. 165 cm rechts am linken Rand des Ständers. Befestigen Sie zwei Stützen am linken y-Gelenk, die sich 45° nach links und rechts lehnen, und befestigen Sie eine Stütze am rechten y-Gelenk, die 45° nach links geneigt ist. Befestigen Sie zwei Roboter an der Acrylfolie und legen Sie die Enden der zuvor platzierten Stützen in die Buchsen in den Robotergehäusen ein. Positionieren Sie die Roboter 35 cm über den y-Gelenken und 10 cm bzw. 80 cm rechts am linken Rand des Ständers. Wiederholen Sie das Muster, um die verbleibenden Roboter zu befestigen und im diagonal gerasterten Muster zu unterstützen (siehe Abbildung 6), so dass jede Reihe von Robotern 35 cm über der vorherigen Reihe liegt und jeder Roboter horizontal direkt über dem Roboter oder y-Joint positioniert ist, der zwei Zeilen darunter. 3. Roboter-Software Installieren Sie ein Betriebssystem (z. B. Raspbian) auf den Einplatinencomputern der Roboter. Führen Sie während jedes Experiments das Softwareprotokoll auf jedem Roboter parallel aus und aktivieren so ihr verteiltes autonomes Verhalten (siehe Wahby et al.14, für Pseudocode und weitere Details). Stellen Sie zwei mögliche Zustände für den Roboter her: einen ist ein Stimuluszustand, in dem der Roboter blaues Licht mit der oben beschriebenen Intensität aussendet; der andere ist ein ruhender Zustand, in dem der Roboter entweder kein Licht aussendet oder rotes Licht aussendet, wie oben beschrieben. Senden Sie im Stimuluszustand ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM) über den Einplatinencomputer mit einer Frequenz, die der gewünschten Helligkeit entspricht, an die blauen LEDs-Treiber. Lösen Sie im Ruhezustand keine LEDs aus, oder senden Sie bei Bedarf ein PWM-Signal nur an die roten LEDs-Treiber. Weisen Sie in Kontrollexperimenten allen Robotern den ruhenden Zustandzu. Weisen Sie in Einzelentscheidungsexperimenten einem Roboter den ruhenden Zustand und einem Roboter den Stimuluszustand zu. Starten Sie in Mehrentscheidungsexperimenten den Initialisierungsprozess wie folgt. Versorgung jedes Roboters eine vollständige Konfigurationskarte des Im aktuellen Experiments zu testenden Musters des Pflanzenwachstums. Legen Sie die Position des Roboters innerhalb des Musters fest, entweder automatisch mit Lokalisierungssensoren oder manuell. Vergleichen Sie den Standort des Roboters mit der mitgelieferten Karte. Wenn die Position des Roboters die erste Position auf der Karte ist, stellen Sie den Roboter auf Stimulus; Andernfalls stellen Sie den Roboter auf ruhend . Der Initialisierungsprozess wird beendet. Starten Sie in Mehrentscheidungsexperimenten den Lenkungsprozess wie folgt. Führen Sie iterativ aus. Überprüfen Sie den IR-Näherungssensor des Roboters, um festzustellen, ob eine Anlage erkannt wurde. Wenn eine Pflanze erkannt wird und der Roboter auf ruhend eingestellt ist, dann warten. Wenn eine Pflanze erkannt wird und der Roboter auf Stimuluseingestellt ist, dann: Benachrichtigen Sie die benachbarten benachbarten Roboter, dass eine Anlage erkannt wurde, und fügen Sie die Position des Roboters in die Meldung ein. Stellen Sie den Roboter auf ruhend . Vergleichen Sie den Standort des Roboters mit der Karte. Wenn sich der Roboter an der letzten Position auf der Karte befindet, senden Sie ein Signal über WLAN, dass das Experiment abgeschlossen ist. Überprüfen Sie die eingehenden Nachrichten des Roboters von seinen benachbarten benachbarten Robotern, um zu sehen, ob einer von ihnen, der auf Stimulus eingestellt war, eine Pflanze erkannt hat. Wenn ein Stimulusnachbar eine Pflanze erkannt hat, vergleichen Sie den Standort des Nachbarn mit dem Standort des Roboters, und vergleichen Sie ihn auch mit der Karte. Wenn sich der Roboter an der nachfolgenden Position auf der Karte befindet, stellen Sie den Roboter auf Stimulusein. Beenden Sie die iterative Schleife des Lenkprozesses, sobald ein Signal empfangen wurde, dass das Experiment abgeschlossen ist. 4. Pflanzengesundheitsüberwachung und -wartung Suchen Sie den Versuchsaufbau unter kontrollierten Umgebungsbedingungen – insbesondere in Innenräumen ohne tageslichteinfalliges Tageslicht oder anderes Licht außerhalb der unten beschriebenen Bedingungen, mit kontrollierter Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit und mit kontrollierter Bodenbewässerung. Überwachen Sie die Bedingungen mit Sensoren, die mit einem Mikrocontroller oder Einplatinencomputer verbunden sind, der WLAN aktiviert ist. Pflegen Sie die Pflanzenphotosynthese mit LED-Wachstumslampen außerhalb der Roboter und mit Blick auf den Experimentaufbau. Verwenden Sie die Wachstumslampen, um monochromatisches rotes Licht an das Setup zu liefern, mit roten Dioden mit einer Spitzenemission von ca.max = 625–650 nm, ohne kritische Wellenlängen außerhalb des Bereichs von 550–700 nm, mit Ausnahme einer geringen Inzidenz von blauem Umgebungslicht, wenn für die Gesundheit der ausgewählten Arten hilfreich. Wenn eine geringe Inzidenz von blauem Umgebungslicht enthalten ist, beschränken Sie sich auf Niveaus in einem sehr geringen Bruchteil der werte, die von einem einzelnen Roboter emittiert werden. Geben Sie die Für die Gesundheit der ausgewählten Arten erforderlichen Rotlichtwerte an, in der Regel etwa 2000 Lumen oder mehr insgesamt. Richten Sie die Wachstumslampen an den Experimentaufbau aus, so dass ihre Emission ungefähr gleichmäßig über den Wachstumsbereich verteilt ist. Überwachen Sie die Umgebungslichtbedingungen mithilfe eines RGB-Farbsensors. Nach dem Keimen, geben Sie jeder Pflanze ihren eigenen Topf an der Basis des Experiments. Stellen Sie geeignetes Bodenvolumen und -typ für die ausgewählten Arten bereit. Stellen Sie sicher, dass der Boden und die Samen vor der Keimung desinfiziert wurden. Verwenden Sie geeignete Schädlingsbekämpfungsmethoden, um Insekten zu verhindern oder zu bewirtschaften, falls vorhanden. Regulieren Sie die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit entsprechend für die ausgewählten Arten mit Heizungen, Klimaanlagen, Luftbefeuchtern und Luftentfeuchtern. Überwachen Sie die Pegel mit einem Temperatur-Druck-Feuchtigkeitssensor. Überwachen Sie den Boden mit einem Bodenfeuchtesensor. Halten Sie eine angemessene Bewässerungsrate für die ausgewählte Art aufrecht. Führen Sie dieausführung mit einem automatisierten Bewässerungssystem aus, bei dem Wasser über Düsen in den Boden geleitet wird, wie sie durch die Werte des Bodenfeuchtesensors ausgelöst werden, oder über den Wasserboden manuell, wie durch die Sensorwerte geregelt. 5. Versuchsdesign Platzieren Sie Roboter und mechanische Stützen in einem Raster, das groß genug ist, um den Wachstumsbereich und das Muster abzudecken, das im Experiment getestet wird, nicht kleiner als eine Reihe und zwei Säulen von Robotern. Unter der unteren Reihe der Roboter platzieren Sie eine Reihe der standardmäßigen mechanischen mechanischen Standardstützen, die denen während des gesamten Setups entsprechen. Wenn sich die unteren Enden dieser Stützen schneiden, verbinden Sie sie mechanisch mit einem ‘y-Joint’. Pflanzen Sie für jedes “y-Gelenk” an der Basis des Aufbaus eine einheitliche Anzahl von Pflanzen entsprechend der Größe der diagonalen Gitterzelle (etwa eine Pflanze pro 10 cm exponierte mechanische Stützlänge), wobei die oben beschriebenen Bedingungen für die Erhaltung der Pflanzengesundheit beschrieben sind. Wählen Sie einen auszuführenden Experimentstyp aus, und wählen Sie ggf. eine Menge und Verteilung von Robotern aus. ExperimentTyp 1: SteuerungHINWEIS: Dieser Versuchstyp testet das Wachstum der Kletterpflanzen unter Bedingungen ohne Lichtreize, um Phototropismus auszulösen. Es kann auf jeder Größe und Form des Setups ausgeführt werden. Weisen Sie allen Robotern den ruheruhe Zustand zu (siehe Schritt 3.4) und laufen Sie kontinuierlich, bis die Ergebnisse manuell ausgewertet werden, um vollständig zu sein. Beobachten Sie, ob Pflanzen an den mechanischen Stützen befestigt sind. In einem erfolgreichen Experiment findet oder befestigt keine der Pflanzen die mechanischen Stützen. Experiment Typ 2: EinzelentscheidHINWEIS: Dieser Versuchstyp testet die Wachstumspfade der Pflanzen, wenn er mit binären Optionen präsentiert wird – eine Unterstützung, die zu einem ruhenden Roboter führt, und eine Unterstützung, die zu einem Stimulusroboter führt. Es wird nur auf der minimalen Einrichtung ausgeführt (d. h. eine Zeile, zwei Spalten). Weisen Sie einem Roboter den ruhenden Zustand (siehe 3.5) und einem Roboter den Stimuluszustand zu. Laufen Sie kontinuierlich, bis einer der beiden Roboter eine Anlage mit dem IR-Näherungssensor erkennt. Beobachten Sie die Anlagenbefestigung an mechanischer Unterstützung, Wachstum entlang der Unterstützung und Sensor-Messwerte von Stimulusrobotern. In einem erfolgreichen Experiment erkennt der Roboter mit dem Stimuluszustand eine Pflanze, nachdem sie entlang der jeweiligen Stütze gewachsen ist. Experimenttyp 3: MehrfachentscheidungHINWEIS: Dieser Versuchstyp testet das Wachstum der Pflanzen, wenn es mit mehreren nachfolgenden Reizbedingungen dargestellt wird, die eine Reihe von Entscheidungen gemäß einer vordefinierten globalen Karte auslösen. Es kann auf jeder Größe und Form des Setups ausgeführt werden, die mehr als die minimale Anzahl von Zeilen (d. h. zwei oder mehr) hat. Stellen Sie den Robotern eine globale Karte des zu entwickelnden Musters zur Verfügung (siehe Schritte 3.6-3.7.7). Beobachten Sie die Anlagenbefestigungsereignisse und das Wachstumsmuster entlang der mechanischen Stützen. In einem erfolgreichen Experiment wird mindestens eine Pflanze auf jeder Unterstützung gewachsen sein, die auf der globalen Karte vorhanden ist. Darüber hinaus wird in einem erfolgreichen Experiment keine Pflanze die falsche Richtung gewählt haben, wenn sich ihre Wachstumsspitze am aktuell aktiven Entscheidungspunkt befindet. Berücksichtigen Sie hier keine fremden Anbautipps, wenn z.B. ein Verzweigungsereignis einen neuen Anbautipp an einen veralteten Ort auf der Karte platziert. 6. Aufzeichnungsverfahren Speichern Sie Daten von Sensoren und Kameras zunächst am Einplatinencomputer, auf dem die Daten an Bord generiert wurden. Führen Sie onboard-Antwortserver aus, die auf erforderliche Anforderungen reagieren, z. B. den letzten gespeicherten Sensorlesen. Laden Sie die Daten und Protokolldateien in regelmäßigen Abständen über WLAN auf ein lokales NAS-Gerät (Network Attached Storage) hoch. Erfassen Sie Zeitraffervideos der Experimente kontinuierlich mit Kameras, die an zwei oder mehr Aussichtspunkten positioniert sind, wobei mindestens eine Kameraansicht das vollständige Experiment-Setup umfasst. Stellen Sie sicher, dass die aufgenommenen Bilder eine hohe Auflösung aufweisen, um die Bewegungen der Pflanzenwachstumsspitzen, in der Regel nur wenige Millimeter breit, angemessen zu erfassen. Automatisieren Sie den Bildaufnahmeprozess, um konsistente Zeitintervalle zwischen den Aufnahmen zu gewährleisten, indem Sie eine Onboard-Kamera auf einem Einzelplatinencomputer oder eine eigenständige Digitalkamera verwenden, die mit einem Intervallmesser automatisiert wird. Installieren Sie Lampen, um als Blitze zu fungieren, automatisiert ähnlich wie die Kameras. Stellen Sie sicher, dass die Blitze hell genug sind, um mit dem roten Licht der Wachstumslampen zu konkurrieren, ohne die Bilder für die Farbkorrektur dramatisch nachzubearbeiten. Suchen Sie die Blitze so, dass das Experiment-Setup vollständig beleuchtet und somit in Bildern deutlich sichtbar ist. Synchronisieren Sie die Kameras und die Blitze so, dass alle Kameras Bilder gleichzeitig während einer 2 s Blitzperiode aufnehmen. Erfassen Sie die Bilder alle 2 Minuten für die Dauer jedes Experiments. Protokollieren Sie die Umgebungssensordaten, insbesondere die Messwerte des Temperatur-Druck-Feuchtigkeitssensors, des RGB-Farbsensors und des Bodenfeuchtesensors. Protokollieren Sie die Daten aller Roboter im Setup, insbesondere den IR-Näherungssensor und die Photoresistenzwerte, sowie den internen Zustand des Roboters, der seinen LED-Emittanzstatus definiert. Stellen Sie alle aufgezeichneten Daten für die Fernüberwachung der Experimente über regelmäßige Echtzeitberichte zur Verfügung, um sicherzustellen, dass die richtigen Bedingungen für die gesamte Versuchsdauer bis zu mehreren Monaten eingehalten werden.