超音波の話をしよう(10)「人工授粉」

超音波の話をしよう(10)「人工授粉」

星貴之
星貴之 (ID1529) 公認maker 2015/11/11
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こんにちは。超音波研究者をやっている、名古屋工業大学の星です。

超音波を集束させる装置を使ってあれこれ新しいことをしようとしています。前回は「ショッカソン」で開発された作品群を紹介しました。

今回は再び共同研究のお話です。

植物工場

京都大学・清水浩 教授との共同研究です。JST A-STEP【FS】シーズ顕在化タイプに採択され、現在実施中です。

https://youtu.be/mTR-LjkjQxc

集束超音波による人工授粉 2013

ハチに頼るのではなく、人の手作業でもなく、機械による自動授粉を目指した研究です。

雄しべと雌しべが同居している花をつける植物が対象です。例えばイチゴやトマトです。栽培環境や生育状況をモニタリングする自走ロボットが導入された植物工場を想定しており、そのロボットに超音波装置を搭載して栽培棚の間を巡回させます。集束超音波の特長

(1)相手に触らない
(2)狭い範囲を狙える
(3)力の発生場所を自在に変えられる

のうち(3)を活かして花を狙います。

まさかの農業

本研究のきっかけは、清水教授からの電話でした。共同研究がいくつか走り出していた2012年10月、工業系の話が多く「このままこっち方面に広がるのかなぁ」と思っていた矢先、農学部の先生からのオファー!予想だにしていませんでした(笑)非接触で働く力を求めて調べていたら僕の論文に行き当たったそうです。それ以前は市販のスピーカによる可聴音の振動で花の共振周波数を調べていて、花から離れても揺らすことのできる方法を探していたとのこと。

予備実験として、イチゴを用いた授粉の実験を行いました。花に接触させるタイプの市販の振動発生器と集束超音波を比較しました。この実験では超音波装置をロボットに搭載せず、手で持って花に狙いを合わせて超音波を当てました。その結果、製品化率※で比較すると、接触タイプの35%に対し、集束超音波は89%でした。断言するにはまだ追試が必要ですが、集束超音波の焦点が花全体を包み込むことから、花粉をまんべんなく飛散させる効果も期待できそうです。

※ イチゴの実の周囲についているつぶつぶは、花のときに雌しべだったものです。これらの受粉にムラがあると、一部が青いままだったり歪んだりしてしまい、生食用として出荷されません。ここで言う製品化率は、収穫されたイチゴのうち生食用として出荷可能なものの割合を指しています。

なぜ授粉を自動化したいのか

植物工場の照明として使用されるLEDや蛍光灯は、ハチの授粉活動に必要な紫外線をほとんど含まないため、ハチによる授粉には適していません。また労力や人件費の観点から、人が手作業で授粉させて歩くのも大変です。安定化・効率化のためには機械による自動化が望ましいと考えられます。

集束超音波が最適かどうかについてはまだ確証が得られておらず、今後の検討・検証が必要です。例えば扇風機などを使って風で揺らす方法と比較してどうか。ただしこれまでにイチゴやトマトの花が大きな振幅で揺れる周波数は30~50 Hz程度であることが調べられており、AM変調によりぴったりその周波数で揺らすことのできる集束超音波のほうが有利なのではないかと期待しています。

一方、集束超音波の焦点径が小さいことが不利に働くことが考えられます。広い面積をまんべんなく励振しながら移動するのに時間がかかってしまうのです。これについては、授粉に必要な強度を確保しつつできるだけ焦点を拡大する、カメラを搭載して画像処理により花を検出して選択的に励振する、の2通りの解決策を想定して開発を進めています。

ということで、今回は京都大・清水教授と行っている共同研究について紹介しました。ご意見・ご要望などあれば、コメントやメール、ツイッターなどでお知らせいただけると反映するかもです。それではまた☆彡

これまでの連載:星貴之

超音波の話をしよう(9)「ショッカソン」
https://media.dmm-make.com/item/3613/

超音波の話をしよう(8)「Pixie Dust」
https://media.dmm-make.com/item/3579/

超音波の話をしよう(7)「ナイスステップ」
https://media.dmm-make.com/item/3577/

超音波の話をしよう(6)「集束超音波を広めたい」
https://media.dmm-make.com/item/2531/

超音波の話をしよう(5)「Graffiti Fur」
https://media.dmm-make.com/item/2529/

超音波の話をしよう(4)「lapillus bug」
https://media.dmm-make.com/item/2477/

超音波の話をしよう(3)「コロイドディスプレイ」
https://media.dmm-make.com/item/2413/

超音波の話をしよう(2)「集束超音波で遊んでみた」
https://media.dmm-make.com/item/2209/

超音波の話をしよう(1)「不触(さわらず)の誓い」
https://media.dmm-make.com/item/1577/

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