Van planten, robots en mensen

Onder leiding van de Universität Paderborn werken wetenschappers uit vier landen in het project flora robotica aan intelligente planten. Ze willen de communicatie tussen mensen, planten en machines mogelijk maken en steden nieuw vorm geven.

Deze 'intelligente' planten zouden in de toekomst – door robotzwermen aangestuurd – onze steden architectonisch moeten laten leven. Om dit te bereiken, ontwikkelt een internationaal onderzoeksteam zogeheten 'biohybride maatschappijen' uit robotzwermen en planten. Aan het Europese onderzoeksproject nemen informatica, robotici, zoölogen, celbiologen, mechatronici en architecten uit Duitsland, Denemarken, Oostenrijk en Polen deel.

Communicatienetwerk

Een van de grote uitdagingen in het onderzoeksproject is de opbouw van een communicatienetwerk tussen planten, mensen en robots. Robots kunnen planten vertellen in welke richting ze moeten groeien en planten kunnen robots doorgeven wat ze daarvoor nodig hebben, bijvoorbeeld water of licht.

Onderzoekers krijgen daarmee real-time informatie over de toestand van de planten, bijvoorbeeld gebrek aan voedingsstoffen. Ze kunnen daarop reageren voordat negatieve invloeden op de planten kunnen ontstaan. Omgekeerd kunnen de onderzoekers via de robots informatie naar de planten sturen. Bijvoorbeeld of de plant de gewenste architectonische vorm krijgt of in een andere richting moet groeien.

Er worden al robots gebruikt om de plantengroei te beïnvloeden, zoals in geautomatiseerde kassen. In 'flora robotica' gaan de wetenschappers een stap verder. Ze willen plantengroei continu beïnvloeden en innovatieve architectonische vormen laten ontstaan.

'Spreken' met planten

Technisch maakt de combinatie van een veelheid aan sensoren de communicatie tussen robots en planten mogelijk. Deze sensoren functioneren op basis van beschikbare technologie, zoals eenvoudige afstandssensoren en andere optische sensoren. Het onderzoeksteam heeft ter aanvulling hierop nieuwe technologieën ontwikkeld, zoals biomassasensoren die zijn gebaseerd op verdraaiing van elektromagnetische velden, transpiratiesensoren en sensoren die de zoutstroom (xyleemsapstroom).

Veel symbiotische robots zijn stationair, andere bewegen zich langzaam voort om gelijke tred te houden met de plantengroei. De controlemechanismen van de robots die de planten door LED's met hoge intensiteit en trilmotoren beïnvloeden, functioneren echter snel.

De onderzoekers gebruiken blauw licht om de planten via zogeheten 'fototropisme' te sturen, zodat de top van hun groei door lichtbronnen wordt vastgehouden. Er wordt echter ook licht in het 'verre rood' gebied ingezet (tussen het spectrum van het zichtbare en infrarode licht) om doelgericht afstotend te werken op planten. Tegelijkertijd worden trilmotoren ingezet om de groei tot bepaalde deelgebieden te beperken.

In de experimenten tot nu toe werd het samenspel tussen robots en een aantal soorten planten al met succes getest, onder meer op bamboe, bonen, bananen en tomaten. (fotos: Universität Paderborn).