トマトの茎内の水分変化を可視化するフェムト・メ－タ－について

　　　　　

 

 

・トマトの茎に水分センサ－を取り付けた写真　・デ－タのグラフで時間により水分の変化　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 

▼自己紹介

　植物の生育状況を判断するのには、環境デ－タとして、日射、温度、湿度、ＣＯ２、土壌水分

等、外部デ－タだけで十分でしょうか。

やはり、植物体内の情報を取得こそが必要です。

その為の高精度の生体情報を検知する植物センサ－が必要です。

今回、この植物センサ－として、トマトの茎内の水分変化が検知できる装置（フェムト・メ－タ－）を開発試作しましたので、製品化したい。

 

はじめまして、株式会社ランテクノの江尻です。　これまで、４０年間情報通信関係の機器の開発、製品化に従事して来ました。　今までは農業分野での仕事は無縁でしたが、１０年前に知人よりトマトの茎内の水分量の変化を測れる簡易センサ－があれば、トマト栽培の農家が、しおれ、糖度の判定、水遣りのタイミングが分かり助かりますとの内容の話し聞き、これは、生産農家にとり、緊急性が高い課題と認識し６年前に開発をスタ－トさせました。

しかし、この分野での類似製品は無く、文献、特許調査と適用技術調査の中で、「植物生体情報

の電子的測定」（１９７５／８）第１４回計測自動制御学会で「静電容量による植物体内の水分測定として茎の水分量の変化を高感度インピ－ダンス計で測定した」結果が

愛媛大学　農学部　教授　橋本　康　様の論文が掲載されており、静電容量での測定が可能で

あることが分かりました。

この原理を応用してトマトの茎内の微小な水分量が測れないか試行錯誤し、３年前に試作を完成しました。その後、トマトの茎内の水分量の変化のデ－タ取りを繰り返して、日射の時、曇りの時、雨の時のデ－タを１０秒単位で収集し、日の出より日没までのデ－タが取れるまでになりました、。

このデ－タより茎内の水分量の変化が日射、温度等によりリアルタイムに変化していることが分かりました。

さらに、デ－タの精度と安定化の為に、改良を重ね、やっと、茎内の水分変化のデ－タが安定して取れる装置の試作が出来、製品の製作を検討をはじめました。

 

 

▼プロジェクトを立ち上げたきっかけ

　装置の精度、安定化が試作段階でやっと落ち着いてきましたので、これからは、製品化に

向けて装置のデザイン、機能、操作性、環境テストによる再設計を行い市場に早く提供し、

水遣りに困っているトマト栽培農家の労力を減らし、また、感と経験によらず、デ－タに基ずく栽培が出来るようにし、若手の参入を増やしていければと考えております。

 

その為に、テスト製品化として２０セットを製作するために製作費用をお願いしたくプロジェクトに参加致しました。

 

 

 

▼プロジェクトの内容

 

　植物体内、特に茎内の微小水分を非破壊、リアルタイムに測定できる方法として、

　トマトの茎の植物体構成組織にくらべ、茎内水分が１桁大きい比誘電率（約８０）のため、  この性質を利用しトマトの茎内に含まれる水分の変化を静電容量の変化で計測できます。   

　　　　フェムトとは、微小な１０のマイナス１５乗の値です。

 

　　製品化の製品情報して(実用新案登録第３２１５６２９号）

 

　・フェムト・メ－タ－（ＦＥＭＴＯ・ＭＥＴＥＲ）概要仕様：

 

      本フェムト・メ－タ－はトマトの茎に取り付ける水分センサ－とセンサ－のデ－タを収集

　　、制御する制御装置、電源アダプタより構成されております。

　　　　仕様：

　　　・測定範囲：　３５０～１５００　ｆＦ（フェムト・ファラド）

　　　・測定間隔：　１５ｍｍ（max）

　　　・ケ－ブル長：　約７００ｍｍ

　　　・温度範囲　：　０～４０℃

　　　・表示　　　：液晶表示（ＬＣＤ）　　８桁　２行

　　　　　　　表示例　：　ＴＥＭＰ　　２０℃

　　　　　　　　　　　　　ＷＡＴＥＲ　　７８０ｆＦ

 

　　　・ＲＳ－２３２Ｃ出力：　

　　　　　静電容量値をＡＳＣⅡコ－ドでパソコンに出力する。

　　　　　出力デ－タはエクセルに表示されグラフ化ができます。

　　　　注；　パソコンのアプリケ－ション・ソフトは用意されておりませんので、

　　　　　　ＷＥＢで「２３２エクセルロガ－」をダウンロ－ドをお願い致します。

　　　・通信制御：

　　　　　　・通信速度：　　９６００ｂｐｓ

　　　　　　・同期方式：　　調歩同期

　　　　　　・キャラクタ構成：　８ｂｉｔs

　　　　　　・ストップ・ビット：　１ｂｉｔ

　　　　　　・パリテイ・ビット：　　なし

　　　　　　・フロ－制御　　　：　　なし

　　　　　　・伝送フォ－マット：

　　　　　　　　〇〇〇〇　ＣＲ　ＬＦ

　　　　　　　　４桁はＷＡＴＥＲの静電容量値を１０秒単位で繰り返す。

　　　　　　・電源：　ＡＣ１００Ｖアダプタ－（６Ｖ／２０ｍＡ）

 

　　　・取付方法：

　　　　　水分センサ－はトマトの茎に培土より１５ｃｍ以上の位置に紐で固定します。

　　　　　水分センサ－よりの測定ケ－ブルを制御装置に接続しＡＣアダプタ－を接続すれば

　　　　　接続は完了です。

　　　　　

　　　・測定方法：

　　　　備え付けのの説明書により、スタ－トＳＷを押下すると水分センサ－で取得したデ－タ

　　　　が制御装置のＬＣＤ表示器に表示されます。

　　　　ＲＳ２３２Ｃを介してパソコンにデータが約１０秒単位で送られます。

　　

　　・リタ－ンについて：

　　　ご希望の皆様に使用して頂きたく、完成品を支援額により、お送り致します。

　　　リタ－ンは

　　　・５万円に対して、販売価格の７５％ｏｆｆで完成品１セット（ケ－ス無）

　　　　説明書を２名様にお送り致します。

　　　・７万円に対して、販売価格の６５％ｏｆｆで完成品１５セット（ケ－ス有）

　　　　説明書、ＲＳ２３２Ｃ－ＵＳＢ変換ケ－ブル１本を１５名様にお送り致します。

　　　・１０万円に対して、販売価格の５０％ｏｆｆで完成品１セット（ケ－ス有）

　　　　説明書、ＲＳ－２３２Ｃ－ＵＳＢ変換ケ－ブル１本、技術資料をお送り致します。

 

　　　　　

　　・資金の使い道：

　　　・ｒｅａｄｙｆｏｒの決済手数料

　　　・回路基板再設計、部品費、製作費

　　　・プログラムの手直し

　　　・筐体のケ－スのデザイン設計、製作

　　　・装置の調整、検査費

　　　・郵送費、経費

　　以上の項目に使わせて頂きます。

 

 

▼プロジェクトの展望・ビジョン

　　トマトの糖度を高めるため、さまざまな栽培方法が試行されております。

　その基本は水分ストレス（水分欠乏）を与えることですが、栽培環境で発生する水ストレス

は栽培時間と共に変化するので、その変化をリアルタイムに把握する必要があります。

その変化に合わせて土壌の水分やＥＣを調節し、しおれない程度の水分ストレスを行う必要があります。

これは蒸散速度が吸水速度を一時的に上回ることによって発生するとの事。

現状では水分ストレスや蒸散量を直接評価できる実用的な方法が確立されてないため、

それに代わって灌水条件（タイミング、量）を決定するための指標や灌水制御システムが提案

されているが解決にはいたっていないとの事です。

一般的に植物の茎内を流れる水分量は、その水分量と茎の直径の変化の間に相関関係があるためフラックス値と呼んでいます。

これを抜本的に解決するためには、水分ストレスや蒸散量などの連続評価と共に、培養土に対する灌水制御と蒸散調節が同時に可能な環境制御（日射、温度、湿度、飽差、土壌水分等）とを、

一体的に行うことが出来る栽培、制御システムが必要である明記されている。

参考資料：　出版年：２０１４年タキイ最前線　夏号　大石直紀氏記載「おいしいトマトの栽培方法」　６４ペ－ジ

現在、培養土が乾燥する過程で発生する水分ストレスの発生程度をリアルタイムで評価するため

茎径の微細変化をレ－ザ－変位センサ－で計測しております。

しかし、植物組織の弾性力は加齢により失われ、水分状態の変化が茎径変化に反映しにくいとの

ことで、水分ストレスを長時間評価するのは難しいし、価格、使用方法でも難点あるとのことです。

そこで、これに代わるセンサ－として、茎径の水分量の変化を静電容量で水分量の変化として計測出来るのでトマトの茎内の微小な水分量の変化を非破壊、リアルタイムに計測できる一方法と

して静電容量式水分センサ－の使用を提案致します。

試作では実際に、トマトでの実験でデ－タも取得でき、市場での評価のために２０セットを製作

したいと思っております。

宜しく御支援の程お願い致します。

 

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【プロジェクト終了要項】

●製作物    
トマトの茎内の水分変化をリアルタイムで測定する装置

●製作完了予定日    
２０２１年５月末日

●製作個数    
20セット

●その他    
リタ－ン額は販売価格の７５％ｏｆｆで５万円の支援者に２名様に製品セット（ケ－ス無）、６５％ｏｆｆで７万円の支援者に１５名様に製品セット（ケ－ス有）５０％ｏｆｆで１０万円の支援者に３名様に製品セット（ケ－ス有）、技術資料を送ります。