Cybertronica Research是德國斯圖加特大學(xué)的一家研究中心，主要致力于的機(jī)器人技術(shù)及環(huán)境科學(xué)和生物技術(shù)相關(guān)科研產(chǎn)品的研發(fā)。植物誘導(dǎo)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基于CYBRES MU模塊，旨在分析和監(jiān)測植物對外部刺激做出的反應(yīng)，主要測量植物的生理及電生理反應(yīng)（包括農(nóng)作物、盆栽、草本植物、灌木、喬木、苔蘚、藻類、真菌、霉菌；也可用于酵母菌測量）。系統(tǒng)主要測量：

1. 生物電勢；

2. 不同頻率下的組織電導(dǎo)率（雙通道）；

3. 組織響應(yīng)的頻移(雙通道)；

4. 葉片蒸騰（單通道）；

5. 植物莖流；

6. 環(huán)境參數(shù)：3D加速度計(jì)/磁力計(jì)，電磁功率計(jì)，空氣溫度和濕度，壓力，光（在外部傳感器面板上，按套提供）；

7. 可兼容的外部傳感器：CO2、O2、土壤水分、離子選擇電極等任何I2c接口的傳感器。

主要特點(diǎn)

• 雙通道功能可以實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)度的差分測量

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可記錄在內(nèi)部的閃存中，可通過USB連接線或者藍(lán)牙傳輸?shù)絇C端，也可以用網(wǎng)頁的形式將在線數(shù)據(jù)寫入互聯(lián)網(wǎng)。該系統(tǒng)為全自動(dòng)系統(tǒng)，操作過程無需使用者介入。

• 植物誘導(dǎo)功能

植物誘導(dǎo)功能，即進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和決策來操作不同的驅(qū)動(dòng)器。此功能可用于對植物進(jìn)行電刺激或者光刺激（紅/藍(lán)光刺激），優(yōu)化澆水和照明模式，進(jìn)行自主的實(shí)驗(yàn)以及使用生物混合系統(tǒng)開發(fā)復(fù)雜的基于反饋的自適應(yīng)場景。它具有內(nèi)置的半導(dǎo)體繼電器（開關(guān)），例如用于RGB LED或水泵，并且可以啟動(dòng)任何外部USB繼電器。該系統(tǒng)通過反應(yīng)，概率和穩(wěn)態(tài)決策機(jī)制在嵌入式信號檢測器，數(shù)字處理器和執(zhí)行器之間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)映射。該植物傳感器是CYBRES生物混合接口設(shè)備的一部分。

主要參數(shù)

電生理學(xué)

1.生物電勢分辨率（輸入電流）：±64nV（±70pA）；

2.電刺激和組織電導(dǎo)率測量的電勢：±10mv-±1B；

3.電刺激的頻率和組織電導(dǎo)率的測量：8Hz-0.3MHz（0.65MHz）；

生理

4.葉片蒸騰（在配置II中）：相對測量值單獨(dú)校準(zhǔn)；

5.莖的液流（在配置III中）：相對測量值單獨(dú)校準(zhǔn)；

6.附加的內(nèi)置傳感器（MU3.4）；

7.射頻功率計(jì)（芯片LT5534）50Mhz-3Ghz；

8.大氣壓（芯片BMP280）300-1100 hPa（分辨率0.01 hPa）；

9.3D加速度計(jì)/磁力計(jì)（芯片LSM303D）±2--±12高斯?jié)M量程；

額外的外部傳感器

10.傳感器面板I上的空氣/土壤溫度（芯片LM35）10mV/C轉(zhuǎn)換；

11.傳感器面板I上的空氣濕度（芯片HIH-5031-001）23.5mV/％；

12.傳感器面板I上的光傳感器0-1000 Lux；

13.傳感器面板II上的土壤濕度單獨(dú)校準(zhǔn)；

14.傳感器面板III上的CO2 / O2傳感器（外部模塊）；

執(zhí)行器

15.MOSFET最多3個(gè)獨(dú)立通道：直流電流1A；

16.具有恒溫器功能的MOSFET 2x（作為電流源）：直流電流 1A；

17.可編程開關(guān)3.3V：0.2A；

18.外部USB繼電器（最多128個(gè)繼電器）：例如24-330V高達(dá)16A；

其他參數(shù)

19.測量間隔：0.1秒-100秒；

20.內(nèi)部閃存：512MB；

21.帶有獨(dú)立鋰電池的時(shí)鐘；

22.分析：FFT，F(xiàn)RA，頻移，差分測量，線性回歸，頻譜和統(tǒng)計(jì)分析，還提供其他   數(shù)字處理器；

23.連接：I2C，USB（主通道），藍(lán)牙（可選，集成），WiFi/GSM（可選，外     部）；

24.包裝：EM防護(hù)罩，鋁包裝95x70x24mm（可選IP65/66防護(hù)罩）；

25.電源：USB，5V（可選：太陽能電池，USB移動(dòng)電源）。

基本配置

植物誘導(dǎo)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有三種不同配置的版本：

1.低配版本: 用戶可以測量所有的電生理功能，可以記錄、分析和執(zhí)行基于電反應(yīng)的植物驅(qū)動(dòng)。有幾種預(yù)先編程的行為，如“會唱歌的植物”或“會說話的植物”——將生物信號轉(zhuǎn)換成音樂和語言。用戶可靈活編程反應(yīng)和語音對話。植物對一個(gè)人的觸摸和“在場”非常敏感，也許它們會認(rèn)出你，并對你的到來“表達(dá)一種喜悅”。系統(tǒng)包括：MU3.4模塊，生物電勢/組織電導(dǎo)率電極以及帶有多個(gè)環(huán)境傳感器的傳感器面板。

2.拓展配置版本：可以將拓展系統(tǒng)配置為環(huán)境生物致病性的指示器。他可以測量單個(gè)指標(biāo)（例如CO2和EM排放指標(biāo)）或“復(fù)雜的生物致病性”——影響新陳代謝的不同參數(shù)的組合（例如地理生物學(xué)和宇宙生物學(xué)因素）。該系統(tǒng)大約需要一到兩周的時(shí)間來適應(yīng)植物、信號以及關(guān)聯(lián)其他類型的傳感器。例如，綠色的LED燈指示著植物正常的信號水平，黃色表示與正常的值有偏差，而紅色代表著信號傳輸錯(cuò)誤。整個(gè)系統(tǒng)的主要目標(biāo)是讓人們在早期注意到生物的致病性。這種配置的植物傳感器無需連接筆記本電腦。系統(tǒng)套件包括：MU3.4模塊，生物電勢/組織電導(dǎo)率電極，葉片蒸騰傳感器以及帶有多個(gè)環(huán)境傳感器的集成板。

3.專業(yè)配置版本：該設(shè)備可以訪問所有獲得的數(shù)據(jù)，并允許對其進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。該模塊對于優(yōu)化植物的生產(chǎn)功能、利用植物作為生物傳感器（包括弱信號、人類心理情緒影響和非常規(guī)的儀器檢測器）以及植物的科學(xué)研究有很大的作用。特別是，它可用于探索基于植物的蔬菜和生物混合系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)和適應(yīng)過程。交付套件包括MU3.4模塊，生物電勢/組織電導(dǎo)率電極，葉片蒸騰傳感器，莖的樹液流量傳感器以及帶有多個(gè)環(huán)境傳感器的傳感器面板。此版本中的可選電極包括樹木/灌木的電極。在這種配置下，植物傳感器無需外部連接PC就可以運(yùn)行。

應(yīng)用案例

在專業(yè)應(yīng)用方面，該系統(tǒng)可用于研究植物的電反應(yīng)，如植物或生物傳感器。在生物雜交和機(jī)器人系統(tǒng)中，用于基于植物對象的生物工藝過程。另外的數(shù)據(jù)分析和執(zhí)行算法可以很容易地實(shí)現(xiàn)與提供的腳本語言。

植物電生理學(xué)測量系統(tǒng)是基于CYBREISEIS的光譜儀，旨在分析和監(jiān)測植物對外界刺激做出電生理反應(yīng)。該系統(tǒng)可用于測量生物電勢以及不同頻率下的組織電導(dǎo)率。除此之外，該系統(tǒng)還可以用于提供作用于植物的外部光電刺激。

所有模塊都有兩個(gè)通道，從而實(shí)現(xiàn)雙通道或差動(dòng)測量。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(標(biāo)記有時(shí)間)可記錄在內(nèi)部閃存中、傳輸給電腦或者以html的形式編寫為在線數(shù)據(jù)表。為了提高測量的準(zhǔn)確性，該系統(tǒng)熱穩(wěn)定在PCB水平，利用針電極或表面電極來接受植物信號。RGB燈用于顯示設(shè)備或?qū)χ参镞M(jìn)行藍(lán)光/紅光刺激。該系統(tǒng)是自主的，可以在沒有用戶干預(yù)的情況下運(yùn)行。

除了電生理傳感器，系統(tǒng)還配備了3D加速度計(jì)/磁力儀，時(shí)鐘，電磁功率表(可選)，溫度/濕度/壓力/光/二氧化碳(可選)和電壓傳感器，用于監(jiān)測長期實(shí)驗(yàn)中的環(huán)境條件。USB接口用于數(shù)據(jù)傳輸和為設(shè)備供電，數(shù)字線路與電流隔開。該電生理模塊是植物監(jiān)測和植物感知系統(tǒng)的一部分，帶有各種傳感器，可以測量植物的生理(如莖流量，葉片蒸騰作用或光合作用水平)以及各種環(huán)境參數(shù)。具體參數(shù)如下：

1. 電源：USB, 5V；

2. 內(nèi)部閃存：512MB；

3. 頻移分析：FFT、FRA；

4. 測量間隔：0.1秒- 100秒；

5. 生物電勢分辨率(輸入電流)：±64nV(±70pA)；

6. 電刺激電勢和組織電導(dǎo)率測量：±10mv -±1b；

7. 電刺激的頻率以及測量組織電導(dǎo)率：8 hz - 0.3 mhz(max.0.65 mhz)；

圖1.植物電生理反應(yīng)的例子，觸電：電勢（上），在500hz頻率下問題阻抗的虛部(下)

該系統(tǒng)主要用于研究植物的生物電反應(yīng)，作為植物或生物傳感器，在生物雜交和機(jī)器人系統(tǒng)中，為基于植物的生物技術(shù)過程。嵌入式算法支持由S.N.開發(fā)的方法生物tentid和V.A.Sokolova與組織電導(dǎo)率，以及來自PLEASED(作為傳感設(shè)備的植物)和Flora Robotica項(xiàng)目的方。使用所提供的腳本語言可以很容易地實(shí)現(xiàn)用于數(shù)據(jù)分析的其他算法。