РОБОТИЗОВАНА СИСТЕМА ДЛЯ МІКРОКЛОНАЛЬНОГО РОЗМНОЖЕННЯ РОСЛИН IN VITRO



ПОЛІЩУК І.В. Данная работа посвящена проблеме автоматизации процесса микроклонального размножения растений. Для этого предложено применение автоматизированной роботизированной системы с программным управлением (АРС). Анализируются две составляющие ухода - программная и адаптивная. Также рекомендовано программную среду, с помощью которой осуществляется их реализация. Указано методы, на которых базируется управления роботизированной системой.

This workis devoted to the problem of automating the process of micropropagation. It is suggested to use an automated robotic system with program control (APC). The two components of care - software and adaptive were analized. Also it is recommended the software environment, that are realising this components. Robotic control system methods are indicated.

УДК 57.081.22-23

Вступ

На сучасному етапі розвитку біотехнології широкого поширення набуло мікроклональне розмноження рослин in vitro.Такий тип розмноження має низку переваг перед традиційним вирощуванням: генетична однорідність матеріалу, можливість автоматизації процесу, зменшення тривалості селекційного процесу тощо[1]. Цей процес потребує комплексу різноманітних маніпуляції і програмного догляду за рослиною. У класичних методах вирощування експериментальних сортів враховуються тривалість культивування, ефективність стерилізації,склад і консистенція поживних середовищ з індивідуальним для кожного виду рослин комплексом мінеральних речовин, гормонів, вітамінів; кліматичні умови: освітленість, а саме його інтенсивність та спектральний склад, температура, вологість які, в сукупності, створюють оптимальні умови для розвитку дослідного зразку[2].

На даний момент, створення відповідних умов залишається областю людської праці із застосуванням фітокамер. Такий підхід потребує щоденної присутності людини біля об'єкту. Більше того вплив людського фактору на процес культивування має негативний характер, так як особливо важливим для розмноження культур рослин in vitro є дотримання стерильності і уникнення контамінації досліджуваного матеріалу[2][3].

Перспективи застосування і структура автоматичних роботизованих систем

Для оптимізації догляду за дослідною культурою, полегшення повторюваності експерименту і мінімізації людського фактору, у роботі запропоновано застосування автоматизованої роботизованої системи з програмним управлінням (АРС). До складу комплексу входять: робот-маніпулятор з механічним схватом, стаціонарна сенсорна система, виконавчі органи для зміни умов середовища.

Застосування АРС передбачає наявність двох складових догляду – програмної і адаптивної. Всі етапи догляду супроводжуються автоматичним моніторингом стану рослини і умов середовища.

Програмна складова догляду передбачає виконання АРС заданої стратегії догляду на проміжку всього росту рослини. При цьому забезпечується моніторинг і документування змін, які спостерігаються у рослині.

Натомість адаптивна складова передбачає можливе відхилення від заданої програми, якщо це відхилення ймовірно призведе до покращення росту рослини. Програмна і адаптивна складові системи сумісні з технологією HIL і реалізовнані засобами MatLab simulink.

Сенсорна система, що ходить до складу АРС зчитує та передає на обробку дані про: температуру, вологість та склад атмосфери, температуру та вологість поживного середовища, його ph, рівень освітлення та шуму, ступінь аерації, тривалість культивування.

Базуючись на складових догляду, наявні виконавчі органи та загальна стурктурна схема АРС показана на Рис. 1. Експериментальна установка АРС (Рис. 2) побудована на кафедрі ТК НТУУ “КПІ”, де проходить налагодження[4].

Застосування адаптивної складової передбачає залучення нейромережевної системи корекції параметрів середовища.

Рис.1. Графік середнього завантаження

Реалізація підсистеми “Моторика” (рис. 1.) у складі АРС побудована із застосуванням конструкції HIL та ґрунтується на рішенні зворотної задачі кінематики. Модель маніпулятора і відповідна підсистема управління показана на Рис. 3.

Управління роботизованою складовою системи базується на методах зворотньої задачі кінематики і детально описана в попередніх публікаціях [5,6].

Рис.2. Експериментальна установка АРС

Рис. 3. Модель і система управління АРС

Управління роботом з середовища MatLab виконано за допомогою моделі з термінальною системою обміну директивами [6].

Висновок

Застосування результатів дослідження дозволить підвищити ефективність праці по догляду за рослинами. Використання АРС автоматичного рослинництва і догляду за експериментальними об’єктами дозволить відтворити оптимальні умови культивування.

Перелік посилань

$1.$ Микроклональное размножение и оздоровление растений [Електронний ресурс]. http://www.biotechnolog.ru/pcell/pcell6\_1.htm (дата звернення: 06.10.15)

$2.$ Микроклональное размножение плодовых и ягодных культур как основа ведения современного прибыльного садоводства [Електронний ресурс]. http://ikc.belapk.ru/tehnologii/mikroklonalnoe\_razmnozhenie\_plodovyh\_i\_yagodnyh\_kultur\_kak\_osnova\_vedeniya\_sovremennogo\_pribylnogo\_sadovodstva (дата звернення: 06.10.15)

$3.$ Хаджиматова К.В. Особливості мікроклонального розмноження tilia tomentosa moench. Дис.: кандидата біологічних наук.: 01.04.11 / Хаджиматова Карина Валеріївна. - Київ,2011. - 256 с.

$4.$ Гуменний Д.О. Розробка концепції та системи управління багатоцільовим роботом-маніпулятором для виконання орбітального сервісу. 15th UKRAINIAN CONFERENCE ON SPACE RESEARCH / Д.О. Гуменний, М.М. Ткач, О.В. Чкалов, Ю.А. Тимошин p. 120-125

$5.$ D. Humennyi.A Hybrid Control Methodfor Stabilizing of Walking Robot on Irregular Surface Using Plantar Pressure Sensors. eccomas thematic conference Multibody Dynamics 2013 /D. Humennyi, A. Chkalov, M. Tkach p. 307-308

$6.$ Гуменний Д.О. Адаптивна система автоматичного керування з дуальним спостерігачем та пам'яттю. Розподілені комп'ютерні системи. cт. 34-36

Jun 17, 2016