Automatizovaná kultivační komora

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F60646594%3A_____%2F21%3AN0000004" target="_blank" >RIV/60646594:_____/21:N0000004 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Automatizovaná kultivační komora

Popis výsledku v původním jazyce

Automatizovaná kultivační komora je sofistikované pěstební zařízení zabudované do přepravního kontejneru, kteréžto řešení umožňuje transport celého sestaveného systému přímo k zákazníkovi. Sestává ze tří modulů, Growth Capsule – robotic system, vysoce čistého kultivačního prostoru s precizní regulací parametrů, dále z automatizovaného hydroponického modulu, umožňujícího pěstování rostlin s minimálními zásahy ze strany uživatele, a nakonec z robotického manipulátoru PSIbot6, jehož úkolem je manipulovat s kazetami s rostlinným materiálem a dále tak snížit podíl lidské práce na produkci v komoře. Systém je vysoce variabilní a každý z modulů lze nabízet i samostatně. Growth Capsule – robotic system je speciální regulovaný kultivační prostor pro masivní produkci rostlinného materiálu. Kultivační prostor je pro udržení čistoty a sterility rozdělen na 4 části, a to na sterilní kultivační místnost, přípravnu s řídícím střediskem, vstupní zónu a technický prostor. Přiváděný čerstvý vzduch podléhá dvoustupňové filtraci, primární stupeň filtrace probíhá přes filtr G4, následuje sekundární filtrace přes filtr G7 a HEPA filtr. V kultivačním prostoru je také udržovaný mírný přetlak vzhledem k okolí. Pro dosažení vysoké homogenity teploty (+15 až + 40 °C) s možností nízkého proudění je použit kombinovaný chladící a ohřívací systém. Zvlhčování je zajištěno ultrazvukovým zvlhčovačem, který je připojen k automatickému výrobníku deionizované vody. Zvlhčovač je osazen dodatečnou UV sterilizací. Systém také obsahuje desikační odvlhčovač. Vlhkost v komoře je regulovatelná v rozsahu od 40 až 90 %. Osvětlovací modul je sestaven z vysoce účinných LED diod (120 lm/W). LED jsou instalované na kovovém profilu, který účinně odvádí produkované teplo. Osvětlovací modul je integrován do regálového systému hydroponie. Jednotlivé růstové zóny (police) jsou regulovány nezávisle softwarem v různých módech: konstantní osvětlení, fluktuace intenzity, denní – noční režim, simulace rozbřesku a stmívaní nebo jiné, uživatelem definované skripty. Také jednotlivé barevné kanály jsou nezávisle regulovatelné. Pro funkční vzorek komory byly vybrány barevné kanály: studená bílá (CW) + IR 730 nm. Automatizovaný programovatelný hydroponický modul sestává z 2 regálových systémů označovaných jako Hotel 1 a Hotel 2. Regály jsou umístěné podél celé délky stěn kultivačního prostoru. Každý regál obsahuje 4 police. V každé polici je osazena hydroponická vana o celkové délce 4,38 m. Šířka vany 0,38 m umožňuje pohodlné umísťování kazet na vzorky o rozměrech 0,30 x 0,37 m. Systém obsahuje 10 kazet na polici, takže kapacita modulu je 80 kazet. Kazety obsahují 20 (5x4) pozic pro vzorky. Celková kapacita systému je tedy 1600 vzorků biologického materiálu. Kazety sestávají ze spodní části a víka. Systém je flexibilní, pro potřeby jiných aplikací lze víka navrhnout s jiným počtem pozic, čím se může stávající kapacita i několikanásobně navýšit. Hydroponický modul funkčně sestává z 2 samostatných okruhů, označovaných jako Hydroponie 1 a Hydroponie 2. Je tedy možné paralelně kultivovat ve 2 médiích odlišného složení. Součástí okruhu je zásobník média, ze kterého se roztok aktivně čerpá přes germicidní lampu do nejvyšší police regálu. Médium pak přepadem přetéká do dalších polic až do výtoku, ze kterého se aktivně čerpá zpátky do zásobníku. Modul je řízený prostřednictvím PLC programovatelného regulátoru. PLC dál komunikuje s centrálním řídícím softwarem, který běží na platformě Microsoft Windows. Robotický manipulátor PSIbot6 zajišťuje automatický provoz v kultivačním prostoru komory. Manipulátor v celém prostoru zařízení manipuluje s kultivačními kazetami v průběhu všech fází kultivačního procesu, od fáze sterilního plnění systému po vyprázdnění kultivačního prostoru. Funkce manipulátoru: plnění komory připravenými kazetami přes plnící/vyprazdňovací okno, transport kazet do hydroponických polic, randomizace pozic kazet v průběhu kultivace, transport kazet do video-monitorovací stanice, vyřazení hotového produktu přes plnící/vyprazdňovací okno, vyhození kazet do koše, čtení QR kódů pro identifikaci vzorků, precizní umístění vzorků na základě analýzy obrazu zaměřených pozičních značek, identifikace prázdné pozice v hydroponické polici na základě rozpoznávání barev.

Název v anglickém jazyce

Automated Cultivation Chamber

Popis výsledku anglicky

The Automated Cultivation Chamber is a sophisticated cultivation device built into a shipping container, which allows the transport of the entire assembled system directly to the customer. It consists of three modules, the Growth Capsule - robotic system, a clean cultivation room with precise control of parameters, an automated hydroponic module, which allows the cultivation of plants with minimal intervention, and finally the PSIbot6 robotic manipulator, which is tasked to manipulate the cassettes of plant material and thus further reduce the share of human labor. The system is highly variable and each of the modules can be offered separately. Growth Capsule – robotic system is a special, regulated cultivation space for the massive production of plant material. To maintain cleanliness and sterility, the culture area is divided into 4 parts: a sterile culture room, a preparation room with a control center, an entrance zone, and a technical area. The supplied fresh air is subjected to two-stage filtration, the primary filtration stage takes place through the G4 filter, followed by secondary filtration through the G7 and HEPA filters. A slight overpressure is also maintained in the cultivation room. A cooling/heating system is used to achieve high-temperature homogeneity (+15 to + 40 ° C). Humidification is provided by an ultrasonic humidifier, which is connected to a deionized water generator with an additional UV sterilizer. The system also includes a desiccant dehumidifier. The humidity in the chamber is adjustable from 40 % to 90 %. The lighting module is composed of high-efficiency LEDs (120 lm / W). The LEDs are installed on a metal profile that efficiently dissipates the heat produced. The lighting module is integrated into the hydroponic shelving system. The individual growth zones (shelves) are controlled independently by the software in various modes: constant lighting, intensity fluctuations, day-night mode, dawn and dimming simulations, or other user-defined scripts. The individual color channels are also regulated independently. As channels were selected cool white (CW), and IR 730 nm LEDs. The automated programmable hydroponic module consists of 2 rack systems called Hotel 1 and Hotel 2. The racks are located along the walls for the entire length of the cultivation chamber. Each rack contains 4 shelves. Each shelf is equipped with a hydroponic tub with a total length of 4.38 m. The width of the tub is 0.38 m, which allows convenient placement of sample cassettes (0.30 x 0.37 m). The system contains 10 cassettes per shelf, so the capacity of the module is 80 cassettes. The cartridges contain 20 (5x4) sample positions. Therefore, the total capacity of the system is 1600 samples of biological material. The cassettes consist of a bottom and a lid. The system is flexible, the lids can be designed with a different number of positions, which can increase the existing capacity multiple times. The hydroponic module functionally consists of two independent circuits, called Hydroponics 1 and Hydroponics 2. It is possible to cultivate in two media of different compositions. The circuit includes a water tank for the hydroponic medium, from which the solution is actively pumped to the highest shelf of the rack. The medium then overflows into lower shelves. After reaching the outlet of the lowest shelf, it is actively pumped back into the tank. Sterilization of media by a UV flow-through lamp is possible. The module is controlled via a PLC programmable controller. The PLC communicates with the central control software, which runs on the Microsoft Windows platform. The PSIbot6 robotic manipulator ensures automatic operation in the chamber’s cultivation area. It consists of a robotic arm, movable in a space of 360°, located on a linear rail moving system. The manipulator, controlled by appropriate software, handles the culture cassettes in the entire space of the device during all phases of the cultivation process, from the phase of sterile filling to the emptying of the cultivation space. Manipulator functions: filling the chamber with prepared cassettes through the service window, transport of cassettes to hydroponic shelves, randomization of cassette positions during cultivation, transport of cassettes to the video-monitoring station, disposal of the finished product through the service window, disposal of defective samples into the bin, QR codes reading for sample identification, precise placement of samples based on image analysis of targeted position marks, identification of empty positions in the hydroponic shelf based on color recognition.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

21101 - Food and beverages

Projekt

<a href="/cs/project/EG17_107%2F0012333" target="_blank" >EG17_107/0012333: Technologický Komplex</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2021

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

Growth Capsule RoboticSys

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Vnější rozměry: 2,40 m (š) x 12,20 m (d) x 2,90 m (v); vnitřní rozměry 2,20 m (š) x 10,40 m (d) x 2,00 m (v); celkový vnitřní objem 45,76 m3; výška polic 0,25 m (vzdálenost vzorku od světel); počet polic: 8 (2 hydroponické regály, 4 police/regál), kultivační kazety 0,300 m (š) x 0,365 m (d); variabilní počet vzorků/kazetu (min 20), max počet kazet 80; min (1600 vzorků rostlinného materiálu/systém); Teplota - operační rozsah od +15°C do +40°C, stabilita ±0,5°C; Prostorová homogenita: nehomogenita max. 2°C, koeficient teplotní vodivosti 0.025 W/m; Relativní vlhkost - operační rozsah: od 40% do 90%, prostorová homogenita max. 5%, regulace-možnost tvorby programů; Iluminace: maximální intenzita 400 µmol/m2/s, intenzita nastavitelná v rozsahu 0 – 100 %, časování, modulace a diurnální cykly (rozbřesk, soumrak, oblaky). Růstová plocha nebo jednotlivé police mohou mít nezávislou a samostatnou regulaci osvětlení. Možnost tvorby programů. Hydroponický modul: 2 nezávislé regálové systémy řízené PLC, zásobní nádrže o objemu 300 l, průtočná sterilizační UV lampa. Robotický manipulátor PSibot6: Kolaborativní robotické rameno Omron TM12 na kolejnicovém pojezdovém systému, dosah ramene 1300 mm, integrovaná kamera, možnost manuálního i automatizovaného ovládání, stejnosměrné napájení.

Ekonomické parametry

Hlavním ekonomických přínosem projektu je vyvinutí nového typu unikátního přístroje s vysokou přidanou hodnotou, což umožnilo firmě PSI (Photon Systems Instruments), s.r.o. uvést na trh inovativní produkční linii precizních a plně automatizovaných komor Growth Capsule Robotics (https://robotics.psi.cz/products/agro-science-production/). V rámci projektu se firma seznámila s technologií robotických manipulátorů. Úspěšná integrace robotických ramen do pěstebních komor či stanic systému PlantScreen pro screening rostlin a plodin otevírá nespočet možností aplikací nejen pro špičkovou zemědělskou produkci a rostlinný výzkum. Nesporným ekonomickým přínosem je také samotná existence prototypu komory Tech-In-Plar v areálu PSI, který funguje jako marketingová showroom. Díky tomu PSI získalo v minulém roce velkou zakázku od Utrecht University (Nizozemsko) na výrobu plně automatizované kultivační komory obsahující také plnící linku pro přípravu Petriho misek s agarovým médiem.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

60646594

Název vlastníka

PSI (Photon Systems Instruments). spol. s r.o.

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

V - Výsledek je využíván vlastníkem

Požadavek na licenční poplatek

—

Adresa www stránky s výsledkem

—