KR102852139B1 - Artificial Gravity Based Plant Cultivation Device and Plant Cultivation System including the same - Google Patents
Artificial Gravity Based Plant Cultivation Device and Plant Cultivation System including the sameInfo
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Abstract
실시 예들은 중력이 없거나 부족한 공간에서 중력 가속도 방향을 형성하여 식물의 성장을 돕는 장치로 중력이 없거나 부족해 식물 성장에 생기는 문제를 해결하기 위해, 구조를 유지할 뿐 아니라 식물 재배에 필요해 공급된 기체의 내부 압력에 의해 팽창되고 구조가 유지되며, 무중력 공간에서 회전을 통한 인공중력을 형성시켜 지구와 같은 환경을 조성하는 인공 중력 기반 식물 재배 장치에 관련된다. The embodiments relate to an artificial gravity-based plant cultivation device that not only maintains its structure but also expands and maintains its structure by the internal pressure of the gas supplied necessary for plant cultivation, and creates an environment similar to the Earth by forming artificial gravity through rotation in a weightless space, in order to solve the problem of plant growth caused by lack of or lack of gravity by forming a direction of gravitational acceleration in a space where there is no or lack of gravity.
Description
본 출원의 실시 예들은 인공 중력을 이용하여 식물을 재배하는, 인공 중력 기반 식물 재배 장치 및 이를 포함한 식물 재배 시스템에 관련된다. Embodiments of the present application relate to an artificial gravity-based plant cultivation device that cultivates plants using artificial gravity, and a plant cultivation system including the same.
심우주 탐사를 위한 기본 조건은 긴 탐사 기간 동안 승무원들에 필요한 식량과 물을 공급하는 것이다. 지구에서 탐사기간 모든 인원이 사용할 식량과 물을 모두 가져가면 좋겠지만 탐사선의 규모나 무게의 제한성 때문에 그렇게 할 수 없다. A fundamental requirement for deep space exploration is providing the crew with the necessary food and water for extended periods. While it would be ideal to bring all the food and water needed for the entire expedition from Earth, the spacecraft's size and weight limits make this impossible.
최근 스페이스X 사의 팰컨9이 운반비를 10배 이상 싸게 절감하려는 노력을 하고 있지만 그럼에도 우주 운반비는 여전히 저렴하지 않다.Although SpaceX's Falcon 9 has recently been trying to reduce the transportation cost by more than 10 times, the cost of transporting to space is still not cheap.
따라서, 승무원들이 탑승하는 우주선, 우주 정거장 내에서 자체적으로 식량 문제를 적어도 부분적으로 해결하고자 하는 필요성이 있다. Therefore, there is a need to at least partially solve the food problem on board the spacecraft and space station with the crew on board.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 출원의 실시 예들은 인공 중력을 생성해 중력이 지구 보다 부족한 공간에서 식물의 굴지성의 교란 없이 식물을 재배하는 장치 및 이를 포함한 식물 재배 시스템을 제공하고자 한다.To solve the above-described problem, embodiments of the present application aim to provide a device for generating artificial gravity to cultivate plants without disturbing the geotropism of plants in a space where gravity is less than that of the Earth, and a plant cultivation system including the same.
본 출원의 일 측면에 따른 지구 중력 보다 중력이 적은 장소에 설치되는 인공 중력 기반 식물 재배 장치는, An artificial gravity-based plant cultivation device installed in a place with less gravity than the Earth's gravity according to one aspect of the present application,
장치 내부에 종자의 식물 부분이 성장하는 지상 생육 공간을 형성한 구조체 - 상기 구조체는 상기 지상 생육 공간을 형성하는 내층 구조체 및 상기 내층 구조체에 이격 배치된 외층 구조체를 포함하고, 상기 내층 구조체의 일 표면 상에 하나 이상의 종자 패드를 장착 가능함; A structure forming an above-ground growing space within the device in which a vegetative portion of a seed grows, the structure comprising an inner layer structure forming the above-ground growing space and an outer layer structure spaced apart from the inner layer structure, wherein one or more seed pads can be mounted on one surface of the inner layer structure;
상기 종자에 양액을 공급하는 분무기 - 상기 분무기는 상기 내층 구조체 및 외층 구조체 사이의 근권 공간에 배치됨; A sprayer for supplying nutrients to the seeds - the sprayer is placed in the root zone space between the inner layer structure and the outer layer structure;
상기 구조체를 커버하여 상기 지상 생육 공간을 닫힌 계로 기밀하는 차단막; A barrier film covering the above structure to seal the above-ground growing space into a closed system;
상기 지상 생육 공간에 공기를 주입하는 주입구; 및 An inlet for injecting air into the above-ground growing space; and
종자에서 발아한 식물 부분에 빛을 조사하는 광원 모듈을 포함한다. It includes a light source module that irradiates light to a plant part that has sprouted from a seed.
일 실시 예에서, 상기 인공 중력 기반 식물 재배 장치는, In one embodiment, the artificial gravity-based plant cultivation device comprises:
상기 차단막에 형성된 결합구; 및 a bonding hole formed in the above barrier; and
상기 종자 패드로부터 성장한 식물 부분에 인공 중력을 가하기 위한 회전 모듈 - 상기 회전 모듈은 상기 구조체를 회전시키도록 상기 결합구를 통해 상기 구조체와 결합되어 구성됨;을 더 포함하고, A rotation module for applying artificial gravity to a plant part grown from the seed pad, wherein the rotation module is configured to be coupled to the structure through the coupling member so as to rotate the structure;
상기 결합구는 상기 회전 모듈과 구조체가 결합된 이후에도 상기 지상 생육 공간이 기밀 처리되도록 구성된다. The above-mentioned joint is configured so that the above-ground growing space remains airtight even after the rotation module and the structure are combined.
일 실시 예에서, 상기 회전 모듈은, In one embodiment, the rotation module comprises:
미리 설정된 인공 중력을 생성하기 위해 상기 식물 재배 장치의 회전 반경에 따른 회전 각속도로 구동하도록 구성되고, It is configured to drive at a rotational angular velocity according to the rotational radius of the plant cultivation device to create a preset artificial gravity,
상기 미리 설정된 인공 중력 값은 지상 생육 공간의 현재 중력과 지구 중력 간의 차이를 가진다. The above preset artificial gravity value is the difference between the current gravity of the terrestrial growing space and the Earth's gravity.
일 실시 예에서, In one embodiment,
상기 주입구는 내층 구조체의 표면 및 외층 구조체의 표면에 각각 형성되고, The above injection holes are formed on the surface of the inner layer structure and the surface of the outer layer structure, respectively,
상기 지상 생육 공간의 기압이 목표 기압이 되도록 상기 공기가 주입구를 통해 주입되고, The air is injected through the inlet so that the pressure of the above-mentioned ground growing space becomes the target pressure,
상기 차단막은 내부 공기의 부피 변화에 반응하여 부피가 변하는 가요성 물질로 이루어진 것이고, 상기 차단막은 상기 공기가 주입되면 주입된 공기에 따른 형상 구조를 유지한다.The above barrier is made of a flexible material whose volume changes in response to changes in the volume of internal air, and when the air is injected, the barrier maintains a shape structure according to the injected air.
일 실시 예에서, 상기 구조체는, In one embodiment, the structure comprises:
표면이 상기 식물 재배 장치의 단면의 중심을 포함하도록 상기 내층 구조체와 결합된 가이드 구조체를 더 포함하고, Further comprising a guide structure coupled to the inner layer structure such that the surface includes the center of the cross-section of the plant cultivation device,
상기 광원 모듈은, The above light source module,
하나 이상의 광원 유닛; 및 one or more light source units; and
상기 광원 유닛이 상기 가이드 구조체를 따라 이동하도록 상기 광원과 상기 가이드 구조체를 연결하는 결합 유닛을 포함하고, A coupling unit is included that connects the light source and the guide structure so that the light source unit moves along the guide structure,
상기 식물 재배 장치는, The above plant cultivation device,
상기 가이드 구조체에 결합된 회전 걸쇠를 더 포함하고, Further comprising a rotating latch coupled to the above guide structure,
상기 회전 걸쇠는 외층 구조체의 표면에 형성된 걸쇠 홈에 삽입된 것이다. The above rotating clasp is inserted into a clasp groove formed on the surface of the outer layer structure.
일 실시 예에서, In one embodiment,
종자 패드로부터 성장한 식물 부분의 높이를 측정하는, 높이 측정 장치; 및 A height measuring device for measuring the height of a plant part grown from a seed pad; and
상기 식물 부분의 주변 광 포화도를 측정하는, 광 포화도 측정 장치를 더 포함하고, Further comprising a light saturation measuring device for measuring the ambient light saturation of the above plant part,
상기 광원 모듈은, The above light source module,
식물의 성장 높이 및 광 포화도 중 적어도 하나에 기초하여 광원의 세기 및 광원과 식물 간의 거리 중 하나 이상을 변경하는 것일 수도 있다. It may be possible to change one or more of the intensity of the light source and the distance between the light source and the plant based on at least one of the plant's growth height and light saturation.
일 실시 예에서, 상기 내층 구조체의 표면은 다수의 서브 영역을 형성하는 평면 패턴을 가지고, In one embodiment, the surface of the inner layer structure has a planar pattern forming a plurality of sub-regions,
복수의 종자 패드 각각이 상기 다수의 서브 영역 중 일부 서브 영역에 각각 배치될 경우, 각 종자 패드 사이의 간격은 적어도 하나의 서브 영역을 포함하고, When each of the plurality of seed pads is respectively placed in some sub-regions among the plurality of sub-regions, the interval between each seed pad includes at least one sub-region,
상기 일부 서브 영역 각각에는 복수의 홈이 각각 형성되어 상기 분무기로부터 양액이 상기 종자 패드로 직접 분사되는 것일 수도 있다. Each of the above sub-areas may have a plurality of grooves formed so that the nutrient solution from the sprayer is sprayed directly onto the seed pad.
일 실시 예에서, 상기 종자 패드는, In one embodiment, the seed pad comprises:
지상 층에 이격 배치된 근권 층; 및 a root zone layer spaced apart from the ground floor; and
상기 지상 층과 근권 층과 결합해 두 층 사이에 수용 공간을 형성하는 패드 프래임을 포함하고,Includes a pad frame that is combined with the above-mentioned ground layer and the root layer to form a receiving space between the two layers,
상기 하나 이상의 종자가 상기 수용 공간에 수용되고, wherein said one or more seeds are accommodated in said receiving space,
상기 종자 패드는, The above seed pad,
상기 지상 층이 지상 생육 공간을 향하고 상기 근권 층이 근권 공간을 향하도록 상기 내층 구조체에 장착되는 것일 수도 있다. The above-mentioned ground layer may be mounted on the inner layer structure so that it faces the above-mentioned growing space and the above-mentioned root zone layer faces the root zone space.
일 실시 예에서, In one embodiment,
상기 지상 층은 상기 근권 층 보다 높은 방수성을 갖는 물질 중에서 상기 종자의 발아력이 가해지면 표면이 적어도 부분적으로 파괴 가능한 인장 강도 특성을 갖는 물질로 이루어지고, The above-mentioned ground layer is made of a material having a higher water resistance than the above-mentioned root zone layer, and a material having a tensile strength characteristic that allows the surface to be at least partially destroyed when the germination power of the seed is applied.
상기 근권 층은 상기 지상 층 보다 높은 친수성을 갖는 물질 중에서 상기 종자의 발근력이 가해지면 표면이 적어도 부분적으로 파괴 가능한 인장 강도 특성을 갖는 물질로 이루어지는 것일 수도 있다. The above-mentioned root zone layer may be made of a material having a tensile strength characteristic that allows the surface to be at least partially destroyed when the rooting force of the seed is applied, among materials having a higher hydrophilicity than the above-mentioned ground layer.
일 실시 예에서, 상기 분무기는 에어로포닉 방식으로 양액을 상기 근권 층을 통해 종자로 공급하도록 구성될 수도 있다. In one embodiment, the sprayer may be configured to deliver the nutrient solution to the seeds through the root zone in an aeroponic manner.
일 실시 예에서, 상기 외층 구조체에서 장치 외부를 향하는 바깥 표면은 이중 필름 사이를 연결하는 섬유 실 다발 구조를 갖는 이중 중간지를 포함하고, In one embodiment, the outer surface facing the outside of the device in the outer layer structure includes a double intermediate layer having a fiber thread bundle structure connecting the double films,
상기 이중 중간지는 섬유 실 다발 사이의 잔여 공간을 포함하며, The above double intermediate layer includes the residual space between the fiber bundles,
상기 잔여 공간은 복수의 펑크패치캡슐 및 상기 외층 구조체의 주입구를 통해 주입된 공기로 충전되며, The above residual space is filled with air injected through a plurality of puncture patch capsules and an injection port of the outer layer structure,
상기 외층 구조체의 바깥 표면이 파괴될 경우 파괴 부위가 상기 복수의 펑크패치캡슐 중 적어도 일부에 의해 보완되는 것일 수도 있다. If the outer surface of the above outer layer structure is destroyed, the destroyed area may be compensated for by at least some of the plurality of puncture patch capsules.
일 실시 예에서, 복수의 펑크패치캡슐 각각은, In one embodiment, each of the plurality of puncture patch capsules comprises:
캡슐 외피 내부의 복수의 충전재, 및 주변 공기에 노출되는 것에 반응하여 경화되는 액체 접착제를 포함하고, Comprising a plurality of fillers inside the capsule shell, and a liquid adhesive that hardens in response to exposure to ambient air,
상기 복수의 충전재 각각은 표면에 형성된 복수의 후크를 포함하고, Each of the plurality of fillers includes a plurality of hooks formed on the surface,
상기 캡슐 외피는 이중 공간지의 잔여 공간에 충전된 기압 보다 낮은 압력에 노출되거나 임계 충격 이상의 물리적 충격이 발생할 경우 파열되도록 구성되는 것일 수도 있다.The capsule shell may be configured to rupture when exposed to a pressure lower than the atmospheric pressure filled in the residual space of the double-spaced container or when a physical shock greater than a critical shock occurs.
본 출원의 다른 일 측면에 따른 식물 재배 시스템은 상술한 실시 예들에 따른 인공 중력 기반 식물 재배 장치를 포함한다. 상기 식물 재배 시스템은 프로세서를 포함한 제어 시스템 - 상기 제어 시스템은 시스템의 위치를 이동시키거나 상기 식물 재배 시스템의 구성요소의 방위(orientation)를 이동하는 제어 동작을 수행하도록 구성됨; 및A plant cultivation system according to another aspect of the present application includes an artificial gravity-based plant cultivation device according to the above-described embodiments. The plant cultivation system includes a control system including a processor, wherein the control system is configured to perform a control operation for moving the position of the system or moving the orientation of a component of the plant cultivation system; and
상기 주입구에 기체를 전달하는 기체 공급 시스템;을 포함하고,A gas supply system for delivering gas to the above inlet;
상기 기체 공급 시스템은, The above gas supply system,
공기를 보관하는 기체 저장소; 및 A gas reservoir that stores air; and
상기 주입구로 상기 공기를 전달하는 배관을 포함한다. It includes a pipe that delivers the air to the inlet.
일 실시 예예서, 상기 기체 저장소에 액체 상태 또는 고체 상태로 공기를 보관하고, In one embodiment, air is stored in a liquid or solid state in the gas storage,
상기 인공 중력 기반 식물 재배 장치에 액체 상태의 공기를 주입하고 상기 지상 생육 공간의 기압이 목표 기압이 되도록 주입된 액체 상태의 공기를 팽창시키도록 구성될 수도 있다. The above artificial gravity-based plant cultivation device may be configured to inject liquid air and expand the injected liquid air so that the air pressure of the above-ground growing space becomes a target air pressure.
일 실시 예예서, 상기 기체 저장소 내 상전이 및 공기의 팽창은 외부 빛 에너지의 흡입량에 기초하여 수행되는 것 - 상기 기체 저장소를 제1 위치에 위치시켜 저장소 내부 온도를 감소하고, 상기 인공 중력 기반 식물 재배 장치를 제2 위치에 위치시켜 장치 내부 온도를 증가시키며, 상기 제1 위치는 외부 빛 에너지를 받는 면의 반대 편에 있고, 상기 제2 위치는 외부 빛 에너지를 받는 면에 있는 것일 수도 있다. In one embodiment, the phase transition and expansion of air within the gas reservoir are performed based on the amount of external light energy absorbed - the gas reservoir is positioned at a first position to decrease the temperature inside the reservoir, and the artificial gravity-based plant cultivation device is positioned at a second position to increase the temperature inside the device, wherein the first position may be on the opposite side of the surface receiving the external light energy, and the second position may be on the surface receiving the external light energy.
일 실시 예예서, 식물 재배 시스템은 상기 외부 빛 에너지의 흡입을 이용하기 위해 상기 기체 저장소 및 인공 중력 기반 식물 재배 장치 중 하나 이상의 구성의 표면 각도 및 고도 중 적어도 하나를 제어하도록 더 구성될 수도 있다. In one embodiment, the plant cultivation system may be further configured to control at least one of a surface angle and an elevation of one or more of the components of the gas reservoir and the artificial gravity-based plant cultivation device to utilize the absorption of the external light energy.
일 실시 예예서, 상기 하나 이상의 구성의 표면 각도 및 고도 중 적어도 하나를 제어하는 동작은 행성의 궤도 구간 중 일부 구간에서 수행되는 것이고, In one embodiment, the operation of controlling at least one of the surface angle and altitude of the one or more components is performed during some of the orbital sections of the planet,
상기 일부 구간은 항성으로부터 해당 항성계에 속한 상기 행성을 향하는 빛 에너지 벡터와 상기 식물 재배 시스템의 궤도 평면 사이의 최소 각(β) 및 상기 식물 재배 시스템의 상기 행성으로부터의 고도(h) 중 적어도 하나에 기초하여 설정되는 것일 수도 있다. The above-mentioned partial section may be set based on at least one of the minimum angle (β) between the light energy vector from the star toward the planet belonging to the star system and the orbital plane of the plant cultivation system and the altitude (h) of the plant cultivation system from the planet.
본 출원의 일 측면에 따른 식물 재배 장치는 지구와 같은 중력과 기압과 대기 조성을 제공하면 지구에서 재배할 수 있는 모든 작물을 재배할 수 있다. 특히, 이동해야 하는 동물과 다르게 고정되어 성장하는 식물은 고속회전을 해도 생장에 문제가 없어, 무중력에 식물을 적응시키거나 무중력에 적응하는 작물을 유종하는 것보다 것보다 훨씬 경제적이다. A plant cultivation device according to one aspect of the present application can cultivate any crop that can be grown on Earth, provided it provides Earth-like gravity, air pressure, and atmospheric composition. In particular, unlike animals that must move, plants that grow stationary can grow without problems even with high-speed rotation. This makes it much more economical than adapting plants to weightlessness or breeding crops that are adapted to weightlessness.
그 결과, 무중력 상황에서 재배 가능한 특수 작물을 선발하려는 노력이 불필요하다. As a result, efforts to select special crops that can be grown in zero gravity are unnecessary.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술분야에서의 통상의 기술자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
본 발명 또는 종래 기술의 실시 예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시 예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시 예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 식물 재배 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는, 도 1의 식물 재배 시스템이 적용된 어플리케이션을 도시한다.
도 3은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 도 1의 식물 재배 시스템(1)이 위치할 수도 있는 우주의 열 환경을 도시한다.
도 4는, 황도 좌표계 상에서 식물 재배 시스템과 태양광의 관계를 도시한다.
도 5는, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 태양열의 흡입량이 조절 가능한 위치를 설명하는 도면이다.
도 6은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 식물 재배 시스템의 고도에 따른 최소 입사각과 궤도 내 일부 구간 간의 관계를 도시한다.
도 7은, 본 출원의 다른 일 측면에 따른, 식물 재배 장치의 투시도이다.
도 8a 및 도 8b는, 도 7의 식물 재배 장치를 양 단에서 각각 바라본 내부 사시도이다.
도 9는, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 종자 패드와 분무기의 설치 위치를 도시한다.
도 10은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 종자 패드의 분해 사시도이다.
도 11은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 이중 공간지를 갖는 구조체의 단면도이다.
도 12는, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 펑크패치캡슐의 단면도이다.
도 13은, 우주 부산물에 의해 파손이 발생할 경우 펑크패치캡슐에 의한 보완 과정의 개략도이다.To more clearly explain the technical solutions of embodiments of the present invention or prior art, the drawings required for the description of the embodiments are briefly introduced below. It should be understood that the drawings below are for the purpose of illustrating embodiments of the present specification and are not intended to be limiting. Furthermore, for clarity of explanation, some elements may be depicted with various modifications, such as exaggeration or omission, in the drawings below.
Figure 1 is a schematic block diagram of a plant cultivation system according to one embodiment of the present application.
Figure 2 illustrates an application to which the plant cultivation system of Figure 1 is applied.
FIG. 3 illustrates a thermal environment of space in which the plant cultivation system (1) of FIG. 1 may be located, according to one embodiment of the present application.
Figure 4 illustrates the relationship between the plant cultivation system and sunlight in the ecliptic coordinate system.
FIG. 5 is a drawing illustrating a position at which the amount of solar heat absorbed is adjustable according to one embodiment of the present application.
FIG. 6 illustrates the relationship between the minimum incidence angle and a portion of the orbit according to the altitude of the plant cultivation system according to one embodiment of the present application.
Fig. 7 is a perspective view of a plant cultivation device according to another aspect of the present application.
Figures 8a and 8b are internal perspective views of the plant cultivation device of Figure 7 viewed from both ends, respectively.
Figure 9 illustrates the installation locations of the seed pad and the sprayer according to one embodiment of the present application.
Figure 10 is an exploded perspective view of a seed pad according to one embodiment of the present application.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a structure having a double space according to one embodiment of the present application.
Fig. 12 is a cross-sectional view of a puncture patch capsule according to one embodiment of the present application.
Figure 13 is a schematic diagram of a supplementary process using a puncture patch capsule when damage occurs due to space debris.
이하에서, 도면을 참조하여 본 출원의 실시 예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the drawings.
그러나, 이는 본 개시(disclosure)를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.However, this disclosure is not intended to limit the present disclosure to a specific embodiment, but should be understood to encompass various modifications, equivalents, and/or alternatives of the embodiments of the present disclosure. In connection with the description of the drawings, similar reference numerals may be used for similar components.
본 명세서에서, "가진다," "가질 수 있다,""포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 단계, 부품, 요소 및/또는 성분 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재나 부가를 제외시키는 것이 아니다. In this specification, expressions such as “has,” “may have,” “includes,” or “may include” indicate the presence of a feature (e.g., a component such as a number, function, operation, step, part, element, and/or component), and do not exclude the presence or addition of additional features.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but that there may be other components intervening. Conversely, when a component is referred to as being "directly connected" or "connected" to another component, it should be understood that there are no other components intervening.
다양한 실시 예에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 구성요소와 제2 구성요소는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 구성요소를 나타낼 수 있다. The terms "first," "second," "first," or "second" used in various embodiments may describe various components, regardless of order and/or importance, and do not limit the components. These terms may be used to distinguish one component from another. For example, "first component" and "second component" may represent different components, regardless of order or importance.
본 명세서에서 사용되는 단수 표현의 구성의 실시 예들은 상기 단수 표현과 관련된 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 표현의 구성 들의 실시 예들도 포함한다.The embodiments of the singular expression used in this specification also include embodiments of the plural expressions, unless the phrases related to the singular expression clearly indicate a contrary meaning.
본 명세서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to),"또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.The expression "configured to" as used herein can be used interchangeably with, for example, "suitable for," "having the capacity to," "designed to," "adapted to," "made to," or "capable of." The term "configured to" does not necessarily mean something is "specifically designed to" in terms of hardware. Instead, in some contexts, the expression "a device configured to" can mean that the device, together with other devices or components, is "capable of." For example, the phrase "a processor configured (or set) to perform A, B, and C" may mean a dedicated processor (e.g., an embedded processor) for performing those operations, or a general-purpose processor (e.g., a CPU or application processor) that can perform those operations by executing one or more software programs stored in a memory device.
본 명세서에서, 종자로부터 성장한 식물에서 뿌리 부분을 제외한 나머지 부분은 식물 부분으로 지칭된다. 상기 식물 부분은 줄기의 일부 또는 전부, 잎, 열매 등을 포함한다. In this specification, the remaining part of a plant grown from a seed, excluding the root part, is referred to as a plant part. The plant part includes part or all of the stem, leaves, fruits, etc.
식물 재배 시스템Plant cultivation system
도 1은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 식물 재배 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 2는, 도 1의 식물 재배 시스템이 적용된 어플리케이션을 도시한다. FIG. 1 is a schematic block diagram of a plant cultivation system according to one embodiment of the present application, and FIG. 2 illustrates an application to which the plant cultivation system of FIG. 1 is applied.
도 1을 참조하면, 상기 식물 재배 시스템(1)은 식물 재배 장치(10), 제어 시스템(1000), 기체 공급 시스템(1200), 양액 공급 시스템(1300), 및 전력 공급 시스템(1500)을 포함할 수도 있다. Referring to FIG. 1, the plant cultivation system (1) may include a plant cultivation device (10), a control system (1000), a gas supply system (1200), a nutrient solution supply system (1300), and a power supply system (1500).
본 출원의 일 측면에 따른 식물 재배 시스템(1)은 해수면 또는 일반적인 지표면 보다 중력이 낮은 장소에 구현될 수도 있다. 상기 중력이 낮은 공간은 우주 공간과 같은 무중력 상태의 공간, 또는 지구 행성 보다 중력이 낮은 공간(예컨대, 달, 화성 등)을 포함한다. 또한, 상기 중력이 낮은 공간은 지구 행성 내에서 사람이 고산병이 걸릴 수도 있는 높은 고도(예컨대, 2,500m 이상)의 공간을 포함할 수도 있다. The plant cultivation system (1) according to one aspect of the present application may be implemented in a location with lower gravity than sea level or the general surface of the earth. The low-gravity space includes a space with a weightless state, such as outer space, or a space with lower gravity than the Earth (e.g., the moon, Mars, etc.). Furthermore, the low-gravity space may also include a space at a high altitude (e.g., 2,500 m or higher) within the Earth where people may suffer from altitude sickness.
상기 식물 재배 시스템(1)은 이러한 공간에서 이동하거나 건설되는 객체, 기타 애플리케이션에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 우주 정거장, 우주 탐사선, 착륙선과 같은 이동 수단, 또는 행성 탐사 기지와 같은 건물에 적용될 수도 있다. 또는 고지대에서 저지대의 작물을 재배하기 위해 상기 식물 재배 시스템(1) 또는 식물 재배 장치(10)가 활용될 수도 있다. The above plant cultivation system (1) may also be applied to objects moving or constructed in such space, or to other applications. For example, it may be applied to vehicles such as space stations, space probes, and landers, as illustrated in FIG. 2, or buildings such as planetary exploration bases. Alternatively, the above plant cultivation system (1) or plant cultivation device (10) may be utilized to cultivate crops in low-lying areas at high altitudes.
상기 시스템(1)은 전적으로 하드웨어이거나, 전적으로 소프트웨어이거나, 또는 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 시스템은 데이터 처리 능력이 구비된 하드웨어 및 이를 구동시키기 위한 운용 소프트웨어를 통칭할 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", "모듈(module)", "장치", 또는 "시스템" 등의 용어는 하드웨어 및 해당 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어의 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 하드웨어는 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 또는 다른 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 가능한 컴퓨팅 장치일 수 있다. 또한, 소프트웨어는 실행중인 프로세스, 객체(object), 실행파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program) 등을 지칭할 수 있다.The above system (1) may be entirely hardware, entirely software, or may have aspects that are partially hardware and partially software. For example, a system may collectively refer to hardware equipped with data processing capabilities and operating software for driving the same. In this specification, terms such as "unit," "module," "device," or "system" are intended to refer to a combination of hardware and software driven by the hardware. For example, hardware may be a computing device capable of processing data, including a Central Processing Unit (CPU), a Graphics Processing Unit (GPU), or other processor. In addition, software may refer to a running process, an object, an executable, a thread of execution, a program, etc.
상기 식물 재배 장치(10)는 인공 중력을 생성하여 식물을 재배하도록 구성된다. 상기 식물 재배 장치(10)에 대해서는 아래의 도 7 등을 참조해 보다 상세히 서술한다. The above plant cultivation device (10) is configured to cultivate plants by generating artificial gravity. The above plant cultivation device (10) is described in more detail with reference to FIG. 7 below, etc.
상기 제어 시스템(1000)은 식물 재배 장치(10) 내에서 식물을 재배하기 위한 식물 재배 시스템(1)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 상기 제어 시스템(1000)은 상기 식물 재배 시스템(1)이 설치된 어플리케이션의 중앙 제어 시스템(예컨대, 우주 정거장 관제 시스템)과 연결될 수도 있다. 상기 제어 시스템(1000)은 어플리케이션의 위치를 이동시켜 상기 식물 재배 시스템(1)의 위치를 이동시킬 수도 있다. 또는, 상기 제어 시스템(1000)은 상기 식물 재배 시스템(1)의 구성요소의 방위를 이동시킬 수도 있다. 구성요소의 방위의 이동은 상기 식물 재배 시스템(1)의 위치를 이동시켜 구현되거나, 또는 상기 식물 재배 시스템(1)의 위치가 고정된 상태에서 구현될 수도 있다. 예를 들어, 도 2의 어플리케이션이 위치는 고정된 상태에서 회전하면 장치 내부 공간의 방위가 변경될 수도 있다. The control system (1000) includes a processor configured to control the overall operation of a plant cultivation system (1) for cultivating plants within a plant cultivation device (10). In some embodiments, the control system (1000) may be connected to a central control system (e.g., a space station control system) of an application in which the plant cultivation system (1) is installed. The control system (1000) may move the position of the application to move the position of the plant cultivation system (1). Alternatively, the control system (1000) may move the orientation of a component of the plant cultivation system (1). The movement of the orientation of the component may be implemented by moving the position of the plant cultivation system (1), or may be implemented in a state in which the position of the plant cultivation system (1) is fixed. For example, if the application of FIG. 2 rotates in a state in which the position is fixed, the orientation of the internal space of the device may change.
일부 실시 예들에서, 상기 제어 시스템(1000)은 식물 재배 장치(10)의 회전 반경에 따른 회전 각속도로 회전 모듈을 구동하게 할 수도 있다. 상기 제어 시스템(1000)은 회전 각속도를 제어하여 회전 모듈(600)의 회전 속도를 제어할 수도 있다. 이를 통해, 상기 제어 시스템(1000)은 무중력 또는 지구 보다 중력이 적은 장소에서도 내부 장치에 지구 중력 환경을 조성할 수도 있다. In some embodiments, the control system (1000) may drive the rotation module at a rotational angular velocity according to the rotational radius of the plant cultivation device (10). The control system (1000) may also control the rotational speed of the rotation module (600) by controlling the rotational angular velocity. Through this, the control system (1000) may create an Earth gravity environment in the internal device even in a zero gravity or a place with less gravity than the Earth.
또한, 상기 제어 시스템(1000)은 식물 재배 장치(10)의 광원과 식물 간의 거리를 조절할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 제어 시스템(1000)은 식물 재배 장치(10)의 광 포화도 및/또는 식물의 성장 높이에 기초하여 광원과 식물 간의 거리를 조절할 수도 있다. Additionally, the control system (1000) may adjust the distance between the light source of the plant cultivation device (10) and the plant. In some embodiments, the control system (1000) may adjust the distance between the light source and the plant based on the light saturation of the plant cultivation device (10) and/or the growth height of the plant.
이러한 제어 시스템(1000)의 식물 재배 장치(10)의 제어 동작은 아래의 도 3, 도 7 등을 참조해 보다 상세히 서술한다. The control operation of the plant cultivation device (10) of this control system (1000) is described in more detail with reference to FIG. 3, FIG. 7, etc. below.
또한, 상기 제어 시스템(1000)은 식물 재배 장치(10)에 양액, 기체, 전력이 공급되도록 양액 공급 시스템(1300), 기체 공급 시스템(1200) 및 전력 공급 시스템(1500)을 제어할 수도 있다. In addition, the control system (1000) can also control a nutrient solution supply system (1300), a gas supply system (1200), and a power supply system (1500) so that nutrient solution, gas, and power are supplied to the plant cultivation device (10).
상기 양액 공급 시스템(1300)은 상기 식물 재배 장치(10) 내부의 식물에 영양분 및/또는 수분을 포함한 양액을 공급하는 시스템이다. 상기 양액 공급 시스템(1300)은 양액을 저장하는 양액 저장소(1301), 분무기에 연결된 배관(1310)을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 상기 양액 공급 시스템(1300)은 양액을 분무기로 보다 쉽게 공급하기 위한 펌프를 더 포함할 수도 있다. The above nutrient solution supply system (1300) is a system that supplies a nutrient solution containing nutrients and/or moisture to plants within the plant cultivation device (10). The nutrient solution supply system (1300) includes a nutrient solution storage (1301) for storing the nutrient solution and a pipe (1310) connected to a sprayer. In some embodiments, the nutrient solution supply system (1300) may further include a pump for more easily supplying the nutrient solution to the sprayer.
기체 공급 시스템(1200)은 식물 재배 장치(10)의 식물 부분이 성장하는 공간에 식물의 성장에 요구되는 기체 성분을 제공하거나, 기압 환경을 조성하기 위해 기체를 공급하도록 구성된다. 상기 기체는 공기, 또는 그에 준하는 성분으로 이루어진 기체일 수도 있다. 이하, 설명의 명료성을 위해 공기를 이용하는 실시 예들로 본 출원의 발명을 보다 상세히 서술한다. The gas supply system (1200) is configured to supply gas to the space where the plant part of the plant cultivation device (10) grows, providing gas components required for plant growth, or to create a pressure environment. The gas may be air or a gas composed of components similar thereto. For clarity, the invention of the present application will be described in more detail below with examples using air.
상기 기체 공급 시스템(1200)은 기체 저장소(1201), 배관(1210)을 포함한다. 상기 배관(1210)은 파이프 또는 튜브와 같이, 형상이 변형되는 가요성 물질로 이루어질 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 기체 공급 시스템(1200)은 펌프 및/또는 압축기를 더 포함할 수도 있다. The gas supply system (1200) includes a gas storage (1201) and a pipe (1210). The pipe (1210) may be formed of a flexible material that can change shape, such as a pipe or tube. In some embodiments, the gas supply system (1200) may further include a pump and/or a compressor.
펌프는 저장소(1201)로부터 원격 위치한 장치 내부로 공기를 보다 쉽게 주입하기 위한 구성요소이다. The pump is a component for more easily injecting air into the interior of a device located remotely from the storage (1201).
압축기는 공기를 압축시켜 부피가 보다 작은 형태, 예컨대 액체 또는 고체로 상기 저장소(1201)에 저장하기 위한 구성요소이다. A compressor is a component for compressing air and storing it in the storage (1201) in a smaller volume form, such as a liquid or solid.
특정 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 외부 빛 에너지에 따른 온도 차이를 이용하여 효율적으로 기체를 보관하거나 공급하도록 구성될 수도 있다. In certain embodiments, the plant cultivation system (1) may be configured to efficiently store or supply gas by utilizing temperature differences according to external light energy.
일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 공기의 유동성을 상대적으로 축소한 상태로 상기 저장소(1201)에 보관할 수도 있다. 상기 유동성을 축소한 상태는 공기가 냉각된 액체 상태 또는 고체 상태일 수도 있다. 이를 위해, 상기 식물 재배 시스템(1)은 기체 저장소(1201)의 온도를 감소시키도록 구성될 수도 있다. In some embodiments, the plant cultivation system (1) may be stored in the storage (1201) in a state in which the air flow rate is relatively reduced. The reduced flow rate may be in a cooled liquid or solid state. To this end, the plant cultivation system (1) may be configured to reduce the temperature of the gas storage (1201).
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 유동성을 축소한 상태로 기체 공급 시스템(1200)을 통해 공기를 상기 식물 재배 장치(10)에 공급할 수도 있다. 예를 들어, 상기 식물 재배 시스템(1)은 액체 상태의 공기를 상기 식물 재배 장치(10)에 공급할 수도 있다.Additionally, in some embodiments, the plant cultivation system (1) may supply air to the plant cultivation device (10) through the gas supply system (1200) in a reduced fluidity state. For example, the plant cultivation system (1) may supply air in a liquid state to the plant cultivation device (10).
또한, 상기 식물 재배 시스템(1)은 상기 식물 재배 장치(10)에 주입된 유동성을 축소한 상태의 공기의 부피를 보다 증가시킬 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 주입된 액체 상태의 공기를 기화 상태의 공기로 변화시킬 수도 있다. 상기 식물 재배 시스템(1)은 액체 상태의 공기를 주입한 이후에 식물 재배 장치(10)의 온도를 증가시키도록 구성될 수도 있다. In addition, the plant cultivation system (1) may further increase the volume of air with reduced fluidity injected into the plant cultivation device (10). In some embodiments, the plant cultivation system (1) may also change the injected liquid air into vaporized air. The plant cultivation system (1) may also be configured to increase the temperature of the plant cultivation device (10) after injecting the liquid air.
상기 식물 재배 시스템(1)은 전력 공급 시스템(1500)의 전력 에너지 또는 외부 빛 에너지를 이용하여 전술한 공기 공급을 위한 온도 제어 동작을 수행할 수도 있다. The above plant cultivation system (1) can also perform the temperature control operation for the aforementioned air supply using the power energy of the power supply system (1500) or external light energy.
일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 외부 빛 에너지의 흡입량의 변화를 이용하여 전술한 공기 공급을 위한 온도 제어 동작을 수행할 수도 있다. 상기 식물 재배 시스템(1)은 식물 재배 장치(10)를 외부 빛 에너지에 노출시키거나 흡입량을 증가시켜 식물 재배 장치(10)에 주입된 액체 상태의 공기를 기화 상태의 공기로 변화시킬 수도 있다. 상기 식물 재배 시스템(1)은 기체 저장소(1201)를 외부 빛 에너지로부터 차단하거나 흡입량을 감소시켜 상기 기체 저장소(1201)에 보관된 기체 상태의 공기를 액화 또는 고체 상태의 공기로 변화시킬 수도 있다. In some embodiments, the plant cultivation system (1) may perform the temperature control operation for the air supply described above by utilizing changes in the amount of external light energy intake. The plant cultivation system (1) may change the liquid air injected into the plant cultivation device (10) into vaporized air by exposing the plant cultivation device (10) to external light energy or increasing the amount of intake. The plant cultivation system (1) may also change the gaseous air stored in the gas reservoir (1201) into liquefied or solid air by blocking the gas reservoir (1201) from external light energy or decreasing the amount of intake.
도 3 내지 도 6은, 본 출원의 실시 예들에 따른, 외부 빛 에너지의 흡입량 변화를 이용하여 식물 재배 시스템(1)의 온도 제어 동작을 수행하는 과정을 설명하는 도면이다. FIGS. 3 to 6 are drawings explaining a process of performing a temperature control operation of a plant cultivation system (1) using changes in the amount of external light energy absorbed, according to embodiments of the present application.
태양, 지구, 식물 재배 시스템(1) 간의 거리 대비 식물 재배 시스템(1)의 구성 시스템(1200, 1500)의 크기는 매우 작으므로, 도 3 내지 도 6에서 상기 구성 시스템(1200, 1500)은 식물 재배 시스템(1)으로 대표 도시된다. Since the size of the component system (1200, 1500) of the plant cultivation system (1) is very small compared to the distance between the sun, the earth, and the plant cultivation system (1), the component system (1200, 1500) is represented as the plant cultivation system (1) in FIGS. 3 to 6.
도 3은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 도 1의 식물 재배 시스템(1)이 위치할 수도 있는 우주의 열 환경을 도시한다. FIG. 3 illustrates a thermal environment of space in which the plant cultivation system (1) of FIG. 1 may be located, according to one embodiment of the present application.
도 3과 같이 지구 주변의 우주 공간은 5500 °C의 흑체 온도를 갖는 태양과 -270 °C의 심우주가 조성하는 극심한 온도 편차가 나타나는 열 환경을 가진다. 이로 인해(hence), 지구 궤도 공간에서는 태양광을 받는 편과 반대 편의 온도 차이가 평균 약 217.6°C 차이가 난다.As shown in Figure 3, space around Earth has a thermal environment characterized by extreme temperature differences, with the Sun, with a blackbody temperature of 5,500 °C, and deep space, with a temperature of -270 °C. Consequently, the average temperature difference between the sides of Earth's orbit and the sides receiving sunlight is approximately 217.6 °C.
액화 공기는 압축된 공기의 단열팽창(斷熱膨脹)과 줄-톰슨 효과에 따라 온도를 내려 임계온도 이하로 냉각하는 동시에 가압함으로써 형성될 수도 있다. 액화된 공기는 대기가 없는 우주 공간에 기체구조체로 닫힌 공간을 성형한다. 상기 식물 재배 장치(10)로 공급된 액화된 공기가 기화되면 평창력을 통해 구조를 확장 시키고 동시에 식물이 성장할 수 있는 지구 대기압(예컨대, 1기압)과 같은 목표 기압을 형성한다.Liquefied air can be formed by cooling the compressed air below its critical temperature and simultaneously pressurizing it through adiabatic expansion and the Joule-Thomson effect. The liquefied air forms a closed space with a gaseous structure in space without an atmosphere. When the liquefied air supplied to the plant cultivation device (10) is vaporized, it expands the structure through expansion force and simultaneously forms a target pressure, such as the Earth's atmospheric pressure (e.g., 1 atm), at which plants can grow.
구체적으로, 액화 공기는 약간 푸른 빛을 띠고 상압하(常壓下)의 끓는점은 약 -190℃ 비중은 1 정도이다. 대략 액화된 공기 1L를 만드는데 있어 700㎥ 정도의 공기가 필요하다. 따라서 액화 1L를 우주에 올려 보내면700㎥의 클로징 재배 공간을 형성할 수도 있다. Specifically, liquefied air has a slightly bluish tinge, a boiling point of approximately -190°C at atmospheric pressure, and a specific gravity of approximately 1. Roughly 700 cubic meters of air is required to produce 1 liter of liquefied air. Therefore, sending 1 liter of liquefied air into space could create a 700-cubic meter closed cultivation space.
현재 지구에서 활용되는 20피트 컨테이너 스마트 팜(farm)의 부피는 33.13cbm (=5.90 x 2.35 x 2.39)이다. 1kg의 액화 공기를 우주 공간에서 기화시킬 경우 연간 대략 200만 포기의 상추 재배가 가능한, 21개 이상의 컨테이너 스마트 팜의 부피에 해당한 재배 공간이 형성된다. The volume of a 20-foot container smart farm currently in use on Earth is 33.13 cubic meters (cbm) (=5.90 x 2.35 x 2.39). Vaporizing 1 kg of liquefied air in space creates a cultivation space equivalent to the volume of more than 21 container smart farms, capable of growing approximately 2 million heads of lettuce per year.
상기 식물 재배 시스템(1)은 1kg의 액화 공기를 이용하여 우주 공간에서 연간 200만 포기의 상추를 재배할 수 있는 공간을 상기 닫힌 계의 식물 재배 장치(10)에 구현할 수도 있다. The above plant cultivation system (1) can also implement a space in the closed system plant cultivation device (10) capable of cultivating 2 million lettuces per year in space using 1 kg of liquefied air.
또한, 1L의 액화 공기가 팽창하는 에너지는 기가 단위 전력(Ghw)의 에너지를 포텐셜 에너지로 저장할 수도 있다.Additionally, the energy of expansion of 1 L of liquefied air can store gigawatts (Ghw) of energy as potential energy.
상기 식물 재배 시스템(1)은 기체 저장소(1201)를 제1 위치에 위치시켜 저장소 내부 온도를 감소시킬 수도 있다. 상기 제1 위치는 외부 빛 에너지(예컨대, 태양광)를 받는 면의 반대 편의 위치이다. 결국 상기 식물 재배 시스템(1)은 상기 태양광 에너지를 이용하여 기체 저장소(1201)에 주입된 기체 상태의 공기를 액체 상태로 변화시키거나 또는 액체 상태의 공기를 고체 상태로 변화시킬 수도 있다. 그 결과, 보관하는 공기의 수량을 보다 증가시킬 수 있다. 또한, 이 과정에서 전력 소모를 보다 감소시킬 수도 있다. 전력을 공급해 압축기를 구동시킬 필요 없기 때문이다. The plant cultivation system (1) above can also reduce the temperature inside the gas storage (1201) by positioning it at a first position. The first position is opposite to the side receiving external light energy (e.g., sunlight). Consequently, the plant cultivation system (1) can use the sunlight energy to change gaseous air injected into the gas storage (1201) into a liquid state or change liquid air into a solid state. As a result, the amount of air stored can be further increased. In addition, power consumption can be further reduced during this process, as there is no need to supply power to drive the compressor.
상기 식물 재배 시스템(1)은 식물 재배 장치(10)를 제2 위치에 위치시켜 장치 내부 온도를 증가시킬 수도 있다. 상기 제2 위치는 외부 빛 에너지(예컨대, 태양광)를 받는 면의 위치일 수도 있다. 결국, 상기 식물 재배 시스템(1)은 상기 태양광 에너지를 이용하여 식물 재배 장치(10)에 주입된 액체 상태의 공기를 기화 상태의 공기로 변화시킬 수도 있다. 그 결과, 식물 재배 장치(10)의 기압 환경을 조성하는데 소모되는 전력을 보다 감소시킬 수 있다. The above plant cultivation system (1) may increase the internal temperature of the plant cultivation device (10) by positioning it at a second position. The second position may be a position of a surface receiving external light energy (e.g., sunlight). Consequently, the plant cultivation system (1) may use the sunlight energy to change liquid air injected into the plant cultivation device (10) into vaporized air. As a result, the power consumed to create an air pressure environment of the plant cultivation device (10) can be further reduced.
일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 단일 위치에서 동시에 기체 저장소(1201)가 제1 위치에 위치하고 그리고 식물 재배 장치(10)가 제2 위치에 위치하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 식물 재배 장치(10)는 태양광을 받는 면에 위치하고 기체 저장소(1201)는 그 반대 면에 위치하도록 상기 식물 재배 시스템(1)이 구성될 수도 있다. In some embodiments, the plant cultivation system (1) may be configured such that the gas reservoir (1201) is located at a first location and the plant cultivation device (10) is located at a second location simultaneously in a single location. For example, the plant cultivation system (1) may be configured such that the plant cultivation device (10) is located on a side that receives sunlight and the gas reservoir (1201) is located on the opposite side.
일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 외부 빛 에너지를 흡입하거나 하지 않는 것과 같이 외부 빛 에너지의 흡입을 이용하기 위해 기체 저장소(1201) 및/또는 식물 재배 장치(10)의 표면 각도 및 고도 중 적어도 하나를 제어하도록 더 구성될 수도 있다. In some embodiments, the plant cultivation system (1) may be further configured to control at least one of the surface angle and elevation of the gas reservoir (1201) and/or the plant cultivation device (10) to utilize the absorption of external light energy, such as by absorbing or not absorbing external light energy.
도 4는, 황도 좌표계 상에서 식물 재배 시스템과 태양광의 관계를 도시한다. Figure 4 illustrates the relationship between the plant cultivation system and sunlight in the ecliptic coordinate system.
도 4를 참조하면, 식물 재배 시스템(1)의 위치는 열 제어 계(system)에서 다루는 궤도 요소의 일부로 황도 좌표 계(Ecliptic Coordinate System) 상에 표현될 수도 있다. 도 4에서 Γ는 황도 의 태양 경도(Ecliptic True Solar Longitude), ε는 황도 경사각(Obliquity of the Ecliptic, 23.45°), i는 경사(Orbit Inclination) 그리고 Ω는 승교점의 적경(RAAN, Right Ascension of the Ascending Node)이다.Referring to Fig. 4, the position of the plant cultivation system (1) may be expressed on the ecliptic coordinate system as part of the orbital elements handled by the thermal control system. In Fig. 4, Γ is the ecliptic true solar longitude, ε is the obliquity of the ecliptic (23.45°), i is the orbit inclination, and Ω is the right ascension of the ascending node (RAAN).
상기 식물 재배 시스템(1)은 지구 궤도 상에 위치할 경우, 지구 궤도에 따라 변경되는 태양광의 입사 각에 기초하여 기체 저장소(1201) 및/또는 식물 재배 장치(10)의 표면의 각도를 조절하도록 구성될 수도 있다. The above plant cultivation system (1) may be configured to adjust the angle of the surface of the gas storage (1201) and/or the plant cultivation device (10) based on the incident angle of sunlight that changes according to the Earth's orbit when located in the Earth's orbit.
예를 들어, 상기 식물 재배 시스템(1)은 상기 태양광의 입사 각에 대해 사영한 노출 면적이 최소화되도록 상기 기체 저장소(1201)의 표면 각도를 제어하여 저장소 내부 온도의 상승을 억제할 수도 있다. 또한, 상기 식물 재배 시스템(1)은 상기 태양광의 입사 각에 대해 사영한 면적이 최대화되도록 상기 식물 재배 장치(10)의 표면 각도를 제어하여 장치 내부 온도의 상승을 극대화할 수도 있다. For example, the plant cultivation system (1) may control the surface angle of the gas storage (1201) so that the projected exposure area with respect to the incident angle of the sunlight is minimized, thereby suppressing the rise in the temperature inside the storage. In addition, the plant cultivation system (1) may control the surface angle of the plant cultivation device (10) so that the projected area with respect to the incident angle of the sunlight is maximized, thereby maximizing the rise in the temperature inside the device.
이와 같이 상기 식물 재배 시스템(1)은 표면 각도를 제어하여 각 구성요소가 흡입하는 태양열 에너지를 조절할 수도 있다. In this way, the above plant cultivation system (1) can also control the solar energy absorbed by each component by controlling the surface angle.
또한, 상기 식물 재배 시스템(1)은 태양열의 흡입량이 조절 가능한 특정 위치로 상기 식물 재배 시스템(1)을 이동시키도록 더 구성될 수도 있다. 흡입량의 조절 가능한 위치에서만 표면 각도의 제어 동작이 의미가 있다. Additionally, the plant cultivation system (1) may be further configured to move the plant cultivation system (1) to a specific position where the amount of solar heat intake is adjustable. The surface angle control operation is meaningful only at positions where the amount of solar heat intake is adjustable.
상기 식물 재배 시스템(1)은 행성(예컨대, 지구)의 궤도 구간 중 일부 구간에서 태양열의 흡입량을 조절하기 위한 식물 재배 장치(10) 및/또는 기체 저장소(1201)의 표면의 각도의 제어 동작이 수행될 수도 있다. The above plant cultivation system (1) may also perform an operation of controlling the angle of the surface of the plant cultivation device (10) and/or the gas storage (1201) to control the amount of solar heat absorbed in some sections of the orbital section of the planet (e.g., the Earth).
상기 일부 구간은 항성(예컨대, 태양)으로부터 그 항성계에 속한 행성(예컨대, 지구)을 향하는 빛 에너지 벡터(예컨대, 태양광)와 상기 식물 재배 시스템(1)의 궤도 평면 사이의 최소 각(β) 및/또는 상기 식물 재배 시스템(1)의 행성(예컨대, 지구)로부터의 고도(h)에 기초하여 설정될 수도 있다. The above-mentioned partial section may be set based on the minimum angle (β) between the light energy vector (e.g., sunlight) from a star (e.g., the Sun) toward a planet (e.g., the Earth) belonging to the star system and the orbital plane of the plant cultivation system (1) and/or the altitude (h) of the plant cultivation system (1) from the planet (e.g., the Earth).
도 5는, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 태양열의 흡입량이 조절 가능한 위치를 설명하는 도면이다. FIG. 5 is a drawing illustrating a position at which the amount of solar heat absorbed is adjustable according to one embodiment of the present application.
도 5를 참조하면, 상기 최소 각(β)은 다음의 수학식을 통해 산출될 수도 있다. Referring to Fig. 5, the minimum angle (β) can also be calculated using the following mathematical formula.
상기 최소 각(β)이 증가할 경우, 해당 궤도 전체 구간 중 상기 식물 재배 장치(10) 및/또는 기체 저장소(1201)의 표면의 각도를 제어하여 태양열의 흡입량이 조절되는 상기 일부 구간의 비율이 증가하는 것이 도 5에 의해 확인된다. As the above minimum angle (β) increases, it is confirmed by Fig. 5 that the ratio of the portion of the entire orbit section in which the amount of solar heat absorbed is controlled by controlling the angle of the surface of the plant cultivation device (10) and/or the gas storage (1201) increases.
상기 최소 각(β)이 0일 경우, 상기 식물 재배 장치(10) 및/또는 기체 저장소(1201)의 표면의 각도를 제어하여 태양열의 흡입량을 조절하는 것이 무의미하다. When the above minimum angle (β) is 0, it is meaningless to control the angle of the surface of the plant cultivation device (10) and/or the gas storage unit (1201) to control the amount of solar heat absorbed.
한편, 상기 일부 구간의 시작점은 각도로 표현 가능하다. 상기 일부 구간의 시작점(β*)은 다음의 수학식에 의해 산출될 수도 있다. Meanwhile, the starting point of the above section can be expressed in degrees. The starting point (β * ) of the above section can be calculated using the following mathematical formula.
또한, 상기 식물 재배 시스템(1)은 다음의 수학식을 통해 상기 일부 구간의 비율 및 해당 고도를 설정할 수도 있다 .In addition, the plant cultivation system (1) can also set the ratio and corresponding altitude of the above-mentioned section through the following mathematical formula.
도 6은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 식물 재배 시스템의 고도에 따른 최소 입사각과 궤도 내 일부 구간 간의 관계를 도시한다.FIG. 6 illustrates the relationship between the minimum incidence angle and a portion of the orbit according to the altitude of the plant cultivation system according to one embodiment of the present application.
도 6을 참조하면, 상기 일부 구간은 지구로부터 상기 기체 공급 시스템(1200)의 고도가 낮을수록 상기 수학식 1의 일부 구간의 비율이 증가한다.Referring to FIG. 6, the ratio of some sections of the above mathematical expression 1 increases as the altitude of the gas supply system (1200) from the Earth decreases.
상기 식물 재배 시스템(1)은 원하는 비율의 일정 구간에 위치하도록 해당 고도로 상기 식물 재배 시스템(1)을 이동시킬 수도 있다. 상기 식물 재배 시스템(1)은 식물 재배 장치(10)의 내부 온도 상승이 필요할 경우(예컨대, 액화 공기 주입), 일정 구간의 비율이 증가되도록 상기 식물 재배 장치(10)의 고도를 상승시킬 수도 있다. 상기 식물 재배 시스템(1)은 기체 저장소(1201)의 내부 온도 하강이 필요할 경우(예컨대, 기화 공기 주입), 일정 구간의 비율이 감소하도록 상기 기체 저장소(1201)의 고도를 하강시킬 수도 있다. The plant cultivation system (1) may be moved to a certain altitude so as to be positioned in a certain section with a desired ratio. The plant cultivation system (1) may raise the altitude of the plant cultivation device (10) so that the ratio of a certain section increases when it is necessary to increase the internal temperature of the plant cultivation device (10) (e.g., by injecting liquefied air). The plant cultivation system (1) may lower the altitude of the gas storage (1201) so that the ratio of a certain section decreases when it is necessary to decrease the internal temperature of the gas storage (1201) (e.g., by injecting vaporized air).
또한, 상기 식물 재배 시스템(1)은 상기 일정 구간의 비율에 따라 식물 재배 장치(10), 기체 저장소(1201)의 위치, 표면 각도를 제어할 수도 있다.In addition, the plant cultivation system (1) can control the position and surface angle of the plant cultivation device (10) and the gas storage (1201) according to the ratio of the above-mentioned predetermined section.
일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 액체 상태의 공기가 갖는 PCM(상전이물질)의 특성에 따라 액체 상태의 공기가 기체 상태로 상전이하는데 요구되는 열 에너지에 대응한 온도 차이가 발생하는 고도에 상기 식물 재배 장치(10)가 위치하도록 이동할 수도 있다. In some embodiments, the plant cultivation system (1) may be moved so that the plant cultivation device (10) is positioned at an altitude where a temperature difference corresponding to the heat energy required for liquid air to change from a liquid state to a gaseous state occurs, depending on the characteristics of the phase change material (PCM) of the liquid air.
이와 같이, 상기 식물 재배 시스템(1)은 외부 빛 에너지를 이용해 기체 보관/공급 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 구성요소의 표면의 각도를 조절하거나, 및/또는 고도를 조절할 수도 있다. 이러한 조절 과정을 통해 상기 식물 재배 시스템(1)은 구성요소 내부의 극심한 온도 차이를 유발하고, 유발된 극심한 온도 차이를 상기 기체 보관/공급 동작을 반복하기 위한 열 에너지 원으로 이용할 수도 있다. In this way, the plant cultivation system (1) may adjust the angle of the surface of at least one component and/or adjust the altitude to perform a gas storage/supply operation using external light energy. Through this adjustment process, the plant cultivation system (1) may induce an extreme temperature difference within the component and utilize the induced extreme temperature difference as a thermal energy source for repeating the gas storage/supply operation.
식물 재배 장치Plant cultivation device
본 출원의 일 측면에 따른 식물 재배 장치는 중력이 지구 보다 부족한 공간에서 식물의 굴지성의 교란 없이 식물을 재배하기 위해, 종자 패드가 배치되는 구조체를 회전시켜 인공 중력을 생성하도록 구성된다. A plant cultivation device according to one aspect of the present application is configured to generate artificial gravity by rotating a structure on which seed pads are placed, in order to cultivate plants without disturbing the plant's geotropism in a space where gravity is less than that of the Earth.
도 7은, 본 출원의 다른 일 측면에 따른, 식물 재배 장치의 투시도이고, 도 8a 및 도 8b는, 도 7의 식물 재배 장치를 양 단에서 각각 바라본 내부 사시도이다. Fig. 7 is a perspective view of a plant cultivation device according to another aspect of the present application, and Figs. 8a and 8b are internal perspective views of the plant cultivation device of Fig. 7 viewed from both ends, respectively.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 식물 재배 장치(10)는 하나 이상의 종자 패드(100)를 장착 가능한 구조체(200), 분무기(300), 차단막(400), 광원 모듈(500)을 포함한다. 특정 실시 예들에서, 상기 식물 재배 장치(10)는 회전 모듈(600)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 장치(10)는 높이 측정 장치(530), 및 광 포화도 측정 장치(540) 중 하나 이상의 측정 장치를 더 포함할 수도 있다. Referring to FIGS. 7 and 8, the plant cultivation device (10) includes a structure (200) capable of mounting one or more seed pads (100), a sprayer (300), a barrier (400), and a light source module (500). In certain embodiments, the plant cultivation device (10) may further include a rotation module (600). In addition, in some embodiments, the plant cultivation device (10) may further include one or more measuring devices among a height measuring device (530) and a light saturation measuring device (540).
구조체(200)는 장치 내부에 빈 공간을 형성하도록 구성된다. 상기 빈 공간은 공동(cavity) 또는 양 단을 관통하는 중공(hollow core)일 수도 있다. The structure (200) is configured to form a hollow space within the device. The hollow space may be a cavity or a hollow core penetrating both ends.
구조체(200)는 내층 구조체(210), 및 외층 구조체(220)를 포함한 이중 층 구조를 가진다. The structure (200) has a double layer structure including an inner layer structure (210) and an outer layer structure (220).
내층 구조체(210)은 내부 공간의 중심부에 보다 가까운 층이다. 내층 구조체(210)은 일 단과 타 단이 서로 연결되도록 구조체(200)의 중심부를 둘러 쌓아 장치 내부 공간을 제공한다. The inner layer structure (210) is a layer closer to the center of the internal space. The inner layer structure (210) surrounds the center of the structure (200) so that one end and the other end are connected to each other, thereby providing the internal space of the device.
외층 구조체(220)은 장치(10)의 외부에 보다 가까운 층이다. 외층 구조체(220)은 상기 내층 구조체(210)에 대항하여 이격 배치된다. 상기 외층 구조체(220)은 차단막(400)과 함께 식물 재배 장치(10)의 외부 형상을 제공한다. The outer layer structure (220) is a layer closer to the outside of the device (10). The outer layer structure (220) is spaced apart from the inner layer structure (210). The outer layer structure (220) together with the barrier (400) provides the external shape of the plant cultivation device (10).
상기 차단막(400)은 장치 내부 공간과 외부 환경을 분리하도록 상기 구조체(200)(예컨대, 외층 구조체(220)) 및 구조체(200)의 양 단을 커버하도록 구성된다. 상기 차단막(400)과 구조체(200)가 결합되면 장치 내부 공간은 기밀 처리되어, 차단막(400) 외부와 물질의 소통이 없는 닫힌 계(closed system)의 특성을 가진다. The above-mentioned barrier film (400) is configured to cover the structure (200) (e.g., the outer layer structure (220)) and both ends of the structure (200) to separate the internal space of the device from the external environment. When the barrier film (400) and the structure (200) are combined, the internal space of the device is sealed, and has the characteristics of a closed system in which there is no communication of materials with the outside of the barrier film (400).
상기 차단막(400)은 하나 이상의 패치로 이루어질 수도 있다. 각 패치는 내부 공간의 기밀성이 유지되도록 인접한 패치와 결합된다. 상기 차단막(400)은 단일 패치로 이루어질 경우, 풍선 또는 에어백 형태로 구조체(200)의 내부 공간이 기밀되도록 상기 구조체(200)를 커버할 수도 있다. The above-mentioned barrier (400) may be composed of one or more patches. Each patch is joined to an adjacent patch to maintain the airtightness of the internal space. When the barrier (400) is composed of a single patch, it may cover the structure (200) in the form of a balloon or airbag to ensure that the internal space of the structure (200) is airtight.
상기 차단막(400)의 크기 사양은 구조체(200)의 크기 사양에 기초한다. The size specifications of the above barrier (400) are based on the size specifications of the structure (200).
상기 차단막(400)은 식물 생장에 필요한 기체(예컨대, 공기)가 주입될 경우 구조가 유지되도록 구성될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 차단막(400)은 직경, 길이가 구조체(200)의 크기에 따라 필요한 만큼 적어도 부분적으로 확대 가능하도록 구성될 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 차단막(400)은 공기 삽입 구조체 제작에 이용되는 가요성 물질과 같은, 내부 공기의 부피 변화에 반응하여 부피가 변하는 물질로 이루어진다.The above-described barrier (400) may be configured to maintain its structure when a gas (e.g., air) necessary for plant growth is injected. In some embodiments, the barrier (400) may be configured to be at least partially expandable in diameter and length as needed according to the size of the structure (200). Furthermore, in some embodiments, the barrier (400) is made of a material whose volume changes in response to changes in the volume of internal air, such as a flexible material used in the manufacture of an air insertion structure.
상기 차단막(400)은 투명 또는 불투명 물질로 이루어질 수도 있다. The above barrier film (400) may be made of a transparent or opaque material.
일부 실시 예들에서, 상기 차단막(400)이 투명 물질일 경우, 상기 외층 구조체(220) 및 내층 구조체(210)도 투명 물질로 이루어질 수도 있다. 그러면, 장치 내부 공간은 물질 측면에서는 닫힌 계 특성을 가지면서 에너지 측면에서는 열린 계 특성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 외부의 빛 에너지가 차단막(400), 구조체(200)를 통해 상기 장치 내부 공간으로 진행할 수도 있다. In some embodiments, when the barrier film (400) is made of a transparent material, the outer layer structure (220) and the inner layer structure (210) may also be made of a transparent material. Then, the internal space of the device may have closed system characteristics in terms of material while having open system characteristics in terms of energy. For example, external light energy may pass into the internal space of the device through the barrier film (400) and the structure (200).
이와 같은 차단막(400)을 통해 식물 재배 장치(10)의 형상 구조를 제공함으로써, 차단막(400) 외부에 상기 식물 재배 장치(10)의 형상 구조를 유지하기 위한 별도의 구조체가 불필요하다. By providing the shape structure of the plant cultivation device (10) through the barrier (400) as described above, a separate structure for maintaining the shape structure of the plant cultivation device (10) outside the barrier (400) is unnecessary.
상기 구조체(200)에서 외층 구조체(220)은, 예를 들어, 실린더, 파이프, 기타 길이가 직경 보다 긴 형상을 가질 수도 있으나, 이에 제한되진 않는다. 구조체(200)는 구 형상을 가질 수도 있다.In the above structure (200), the outer layer structure (220) may have, for example, a cylinder, a pipe, or other shape whose length is longer than its diameter, but is not limited thereto. The structure (200) may also have a spherical shape.
상기 외층 구조체(220), 내층 구조체(210)의 단면은 원형, 또는 3각형, 4각형, 6각형, 8각형, 기타 다각형일 수도 있다. The cross-section of the above outer layer structure (220) and inner layer structure (210) may be circular, or may be triangular, quadrangular, hexagonal, octagonal, or other polygonal.
상기 구조체(200)에서 내층 구조체(210)은 상기 외층 구조체(220)의 단면과 일치하거나 상이한 단면 형상을 가질 수도 있다. In the above structure (200), the inner layer structure (210) may have a cross-sectional shape that is identical to or different from the cross-sectional shape of the outer layer structure (220).
일 예에서, 구조체(200)에서 외층 구조체(220), 내층 구조체(210)은 모두 원형의 단면을 가질 수도 있다. In one example, both the outer layer structure (220) and the inner layer structure (210) in the structure (200) may have a circular cross-section.
다른 예들에서, 상기 구조체(200)에서 외층 구조체(220)은 원형의 단면을 가지고 내층 구조체(210)은 다각형의 단면을 가질 수도 있다. 외층 구조체(220)이 원형 실린더 구조일 경우, 내층 구조체(210)은 단면 다각형의 실린더 구조일 수도 있다. 외층 구조체(220)이 구형 구조일 경우 내층 구조체(210)은 정60면체와 같은, 구형에 대응한 정다면체 구조일 수도 있다. In other examples, the outer layer structure (220) of the structure (200) may have a circular cross-section and the inner layer structure (210) may have a polygonal cross-section. When the outer layer structure (220) has a circular cylindrical structure, the inner layer structure (210) may have a cylindrical structure with a polygonal cross-section. When the outer layer structure (220) has a spherical structure, the inner layer structure (210) may have a regular polyhedron structure corresponding to a sphere, such as a regular hexahedron.
내층 구조체(210)의 표면은 다수의 서브 영역을 형성하는 평면 패턴을 가질 수도 있다. The surface of the inner layer structure (210) may have a planar pattern forming a plurality of sub-regions.
내층 구조체(210)이 다각형 또는 원형 단면의 실린더 구조일 경우 내층 구조체(210)의 표면은 선형 패턴을 가진다. 내층 구조체(210)이 구형 또는 정다면체 구조일 경우 내층 구조체(210)의 표면은 각각의 면이 교차 배열된 격자 패턴을 가진다. When the inner layer structure (210) has a cylindrical structure with a polygonal or circular cross-section, the surface of the inner layer structure (210) has a linear pattern. When the inner layer structure (210) has a spherical or regular polyhedral structure, the surface of the inner layer structure (210) has a lattice pattern in which each face is arranged in a cross-section.
상기 서브 영역은 단면이 다각형일 경우 내층 구조체(210)의 표면 구조에 따라 구획되거나, 또는 원형과 같이 표면 구조에 따라 구별되지 않을 경우 가상의 선으로 구획될 수도 있다. The above sub-region may be divided according to the surface structure of the inner layer structure (210) when the cross-section is polygonal, or may be divided by an imaginary line when it is not distinguished according to the surface structure, such as a circle.
일부 실시 예들에서, 상기 내층 구조체(210)의 단면이 다각형일 경우, 하나 이상의 종자 패드(100)는 내층 구조체(210)의 서브 영역 상에 배치될 수도 있다. 단일 서브 영역 상에 하나 이상의 종자 패드(100)가 배치 될 수도 있다. 예를 들어, 선형 패턴의 각 서브 영역을 따라 둘 이상의 종자 패드(100)가 배열될 수도 있다. 또는 격자 패턴의 각 서브 영역 상에 둘 이상의 종자 패드(100)가 각각 배치될 수도 있다. In some embodiments, when the cross-section of the inner layer structure (210) is polygonal, one or more seed pads (100) may be arranged on a sub-region of the inner layer structure (210). One or more seed pads (100) may be arranged on a single sub-region. For example, two or more seed pads (100) may be arranged along each sub-region of a linear pattern. Alternatively, two or more seed pads (100) may be arranged on each sub-region of a grid pattern.
이를 위해, 상기 서브 영역의 길이, 크기는 아래에서 서술할 종자 패드(100)의 가로 또는 세로 길이, 크기에 기초하여 설계될 수도 있다. 상기 서브 영역의 길이는 아래에서 서술할 종자 패드(100)의 가로, 세로 중 어느 하나 또는 전부 보다 긴 길이를 가질 수도 있다. To this end, the length and size of the sub-region may be designed based on the horizontal or vertical length and size of the seed pad (100) described below. The length of the sub-region may be longer than either or both of the horizontal and vertical lengths of the seed pad (100) described below.
이와 같이 내층 구조체(210)과 종자 패드(100) 간의 결합 관계에 대해서는 아래의 도 9를 참조해 보다 상세히 서술한다.The bonding relationship between the inner layer structure (210) and the seed pad (100) is described in more detail with reference to FIG. 9 below.
상기 구조체(200)의 크기는 설계 목적에 따라 다양한 값으로 설계될 수도 있다. 상기 구조체(200)는, 예를 들어 내층 구조체(210)의 내경이 수십미터, 수미터, 또는 1m 미만과 같이 소형 크기로 구성될 수도 있다. 또는, 상기 구조체(200)는, 예를 들어 내층 구조체(210)의 내경 또는 길이가 수백미터, 수킬로미터와 같은 대형 크기로 구성될 수도 있다. The size of the above structure (200) may be designed to have various values depending on the design purpose. The structure (200) may be configured in a small size, such as, for example, the inner diameter of the inner layer structure (210) is tens of meters, several meters, or less than 1 meter. Alternatively, the structure (200) may be configured in a large size, such as, for example, the inner diameter or length of the inner layer structure (210) is hundreds of meters or several kilometers.
상기 식물 재배 장치(10)는 종자로부터 발아한 상기 식물 부분이 성장하는 지상 생육 공간, 및 종자로부터 발근한 식물의 뿌리 부분이 성장하는 근권(Rhizosphere, 또는 뿌리 구역(rootzone)) 공간을 제공하도록 구성된다. 지상 생육 공간과 근권 공간은 내층 구조체(210)에 의해 분리된다. The above-mentioned plant cultivation device (10) is configured to provide an above-ground growth space in which the plant part sprouted from the seed grows, and a rhizosphere (or root zone) space in which the root part of the plant sprouted from the seed grows. The above-ground growth space and the rhizosphere space are separated by an inner layer structure (210).
특정 실시 예들에서, 상기 지상 생육 공간은 내층 구조체(210)에 의해 형성된 장치 내부 공간을 포함한다. 상기 근권 공간은 외층 구조체(220)과 내층 구조체(210) 사이의 공간을 포함한다. In certain embodiments, the above-ground growing space comprises an interior space of the device formed by the inner layer structure (210). The root zone space comprises a space between the outer layer structure (220) and the inner layer structure (210).
종자 패드(100)는 지상 생육 공간과 근권 공간을 분리하는 내층 구조체(210)의 일 표면 상에 배치될 수도 있다. 분무기(300)는 상기 근권 공간에 설치될 수도 있다. 상기 식물 재배 장치(10)는 분무기(300)에 의해 종자 패드(100) 내부에 수용된 종자에 양액을 공급하여 식물을 재배할 수도 있다. The seed pad (100) may be placed on one surface of an inner layer structure (210) that separates the above-ground growing space and the root zone space. A sprayer (300) may be installed in the root zone space. The plant cultivation device (10) may cultivate plants by supplying a nutrient solution to seeds contained within the seed pad (100) by means of the sprayer (300).
도 9는, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 종자 패드와 분무기의 설치 위치를 도시한다. Figure 9 illustrates the installation locations of the seed pad and the sprayer according to one embodiment of the present application.
도 9를 참조하면, 상기 종자 패드(100)는 이중 층 구조를 가지며, 이중 층 구조의 내부 공간(이하, "수용 공간")에 하나 이상의 종자를 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 종자 패드(100)는 해당 종자에게 기대되는 전체 성장 수준 보다 적게 성장한 수준으로 발아된 뿌리, 줄기, 잎 중 일부 또는 전부를 갖는 종묘, 또는 식물을 수용할 수도 있다. Referring to FIG. 9, the seed pad (100) has a double-layer structure and may include one or more seeds in the internal space (hereinafter, “accommodation space”) of the double-layer structure. In some embodiments, the seed pad (100) may accommodate seedlings or plants having some or all of the roots, stems, and leaves that have germinated to a level less than the overall growth level expected for the seed.
상기 종자 패드(100)의 사양(specification)은 수용할 종자, 종묘의 크기에 기초하여 설계될 수도 있다. 이하, 설명의 명료성을 위해, 종자를 수용한 실시 예들로 본 출원을 보다 상세히 서술한다. The specifications of the seed pad (100) may be designed based on the size of the seeds and seedlings to be accommodated. For clarity, the present application will be described in more detail below with examples of seeds being accommodated.
상기 분무기(300)는 연결된 양액 공급 시스템과 연결되어 양액을 상기 종자 패드(100) 내 종자로 공급할 수도 있다. 상기 복수의 분무기(300)는 상기 근권 공간에 분포할 수도 있다. 일 예에서, 상기 분무기(300)는 양액 공급 시스템의 양액 저장소로부터 배관(1310)을 통해 전달된 양액을 종자 패드(100)로 공급할 수도 있다. 상기 양액의 공급 양상은 분무기(300)의 분사 방식에 의존한다. The sprayer (300) may be connected to a connected nutrient solution supply system to supply the nutrient solution to the seeds within the seed pad (100). The plurality of sprayers (300) may be distributed throughout the root zone. In one example, the sprayer (300) may supply the nutrient solution delivered from the nutrient solution storage of the nutrient solution supply system through a pipe (1310) to the seed pad (100). The nutrient solution supply pattern depends on the spraying method of the sprayer (300).
상기 식물 재배 장치(10)는 배관1310을 따라 나란히 배열된 복수의 분무기(300)를 포함할 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 복수의 분무기(300)는 종자 패드(100)가 장착 가능한 부분에 대응한 적어도 일부 근권 공간에 분포할 수도 있다. The above plant cultivation device (10) may include a plurality of sprayers (300) arranged in parallel along the pipe 1310. In addition, in some embodiments, the plurality of sprayers (300) may be distributed in at least a portion of the root zone space corresponding to a portion where the seed pad (100) can be mounted.
일부 실시 예들에서, 상기 분무기(300)는 안개를 간헐적으로 생성하는 에어로포닉 방식으로 양액을 종자 패드(100)로 공급하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 분무기(300)는, 도 9에 도시된 것처럼 양액 미스트 분사 노즐로 구현될 수도 있다. 그러나, 본 출원에서 상기 분무기(300)는 이에 제한되지 않으며, 공기압을 이용하는 이류식 노즐, 원심 분무기, 초음파 분무기, 기타 분무기로 구현될 수도 있다. In some embodiments, the sprayer (300) may be configured to supply the nutrient solution to the seed pad (100) in an aeroponic manner that intermittently generates mist. For example, the sprayer (300) may be implemented as a nutrient solution mist spray nozzle, as illustrated in FIG. 9. However, the sprayer (300) in the present application is not limited thereto, and may be implemented as a two-way nozzle utilizing air pressure, a centrifugal sprayer, an ultrasonic sprayer, or other sprayers.
상기 종자 패드(100)는 분무기(300)로부터 양액을 공급받은, 수용된 종자의 식물 부분이 지상 생육 공간을 향해 성장하고 그리고 상기 수용된 종자의 뿌리 부분이 근권 공간을 향해 성장하도록 구성된다. The seed pad (100) is configured so that the plant part of the seed received by the nutrient solution supplied from the sprayer (300) grows toward the above-ground growing space and the root part of the seed received by the nutrient solution grows toward the root zone space.
도 10은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 종자 패드의 분해 사시도이다. Figure 10 is an exploded perspective view of a seed pad according to one embodiment of the present application.
도 10을 참조하면, 상기 종자 패드(100)는 지상 층(110), 근권 층(120), 및 패드 프래임(130)을 포함한다. Referring to FIG. 10, the seed pad (100) includes a ground layer (110), a root zone layer (120), and a pad frame (130).
상기 근권 층(120)은 지상 층(110)에 대해 이격 배치되어, 전술한 수용 공간을 갖는 이중 층 구조를 형성한다. The above-mentioned root layer (120) is spaced apart from the ground layer (110) to form a double-layer structure having the aforementioned accommodation space.
근권 층(120)은 종자 패드110의 이중 층에서 상기 근권 공간에 보다 인접한 층이다. 특정 실시 예들에서, 상기 근권 층(120)은 상기 근권 공간에 접할 수도 있다. The root zone layer (120) is a layer closer to the root zone space in the double layer of seed pad 110. In certain embodiments, the root zone layer (120) may be in contact with the root zone space.
상기 근권 층(120)은 종자의 뿌리 부분의 발근력에 의해 그 표면이 적어도 부분적으로 파괴 가능한 인장 강도를 갖는 물질로 이루어질 수도 있다. 종자 패드(100) 내 종자는 발아하면 근권 층(120)을 적어도 부분적으로 파괴하면서 통과할 수도 있다. 그러면서 뿌리 부분은 근권 공간에서 성장할 수도 있다. The above-mentioned root zone layer (120) may be formed of a material having a tensile strength that allows its surface to be at least partially destroyed by the rooting force of the seed. Upon germination, seeds within the seed pad (100) may pass through the root zone layer (120) while at least partially destroying it. In doing so, the root zone may grow within the root zone space.
이를 위해, 근권 층(120)에서 종자가 배치될 부위는 종자의 뿌리 부분의 발근력에 의해 그 표면이 적어도 부분적으로 파괴 가능한 인장 강도를 갖는 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 근권 층(120)의 물질은 수용된 종자의 식물 품종에 기초하여 선택될 수도 있다. 상기 근권 층(120)은, 예를 들어 30~50 N/m(MD), 또는 대략 40N/m(MD) 인장 강도와 같이, 발근력에 의해 쉽게 파괴될 수 있는 재료로 제작할 수 있다.To this end, the portion of the root zone (120) where the seed is to be placed may be made of a material having a tensile strength such that the surface thereof can be at least partially destroyed by the rooting force of the root portion of the seed. The material of the root zone (120) may be selected based on the plant variety of the seed received. The root zone (120) may be manufactured from a material that can be easily destroyed by the rooting force, such as, for example, a tensile strength of 30 to 50 N/m (MD), or approximately 40 N/m (MD).
일부 실시 예들에서, 상기 종자가 배치될 부위는 미리 지정될 수도 있다. 이 경우, 상기 종자가 배치될 부위는 종자가 배치되지 않을 부위 보다 약한 인장강도를 갖도록 구성된다. 종자가 배치되는 부위에서 근권 층(120)은 인장 강도가 대략 40N/m(MD) 정도로 약하지만 종자 크기를 벗어나는 영역은 종자의 배치 부위로부터 멀어질수록 인장 강도가 보다 강해지게 설계할 수 있다. In some embodiments, the location where the seed is to be placed may be pre-designated. In this case, the location where the seed is to be placed is configured to have a weaker tensile strength than the location where the seed is not to be placed. The root zone layer (120) at the location where the seed is to be placed has a weak tensile strength of approximately 40 N/m (MD), but the area outside the seed size can be designed to have a stronger tensile strength the farther away from the location where the seed is to be placed.
또한, 상기 근권 층(120)은 기체 또는 액체 상태의 수분을 통과하도록 친수성 물질로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 상기 근권 층(120)은 친수성 필름으로 구현될 수도 있다. Additionally, the root layer (120) may be formed of a hydrophilic material that allows moisture in a gaseous or liquid state to pass through. For example, the root layer (120) may be implemented as a hydrophilic film.
상기 지상 층(110)은 종자 패드(100)의 이중 층에서 상기 지상 생육 공간에 보다 인접한 층이다. 특정 실시 예들에서, 상기 지상 층(110)은 상기 지상 생육 공간에 접할 수도 있다. The above-ground layer (110) is the layer in the double layer of the seed pad (100) that is closer to the above-ground growing space. In certain embodiments, the above-ground layer (110) may be in contact with the above-ground growing space.
상기 지상 층(110)은 다음의 근권 층(120) 보다 낮은 친수성 물질로 이루어진다. 일부 실시 예들에서, 상기 지상 층(110)은 방수 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 지상 층(110)은, 예를 들어 방수 필름으로 구현될 수도 있다. The above-mentioned ground layer (110) is made of a material having a lower hydrophilicity than the following root layer (120). In some embodiments, the above-mentioned ground layer (110) may be made of a waterproof material. The above-mentioned ground layer (110) may be implemented as, for example, a waterproof film.
방수 물질로 이루어진 지상 층(110)은 분무기(300)로부터 근권 층(120)을 통해 공급된 양액이 지상 생육 공간으로 유출되는 것을 방지할 수도 있다. 방수 코팅된 지상 층(110)은 근권 공간의 수분이 지상 생육 공간으로 이동하는 것을 방지하여, 발아 초기에 종자에 필요한 발아 수분을 유지한다. The ground layer (110) made of a waterproof material can also prevent the nutrient solution supplied from the sprayer (300) through the root zone layer (120) from leaking into the above-ground growing space. The waterproof-coated ground layer (110) prevents moisture in the root zone from moving into the above-ground growing space, thereby maintaining the germination moisture required for the seeds in the early stages of germination.
종자 패드(100) 내 종자는 발아하면 지상 층(110)을 적어도 부분적으로 파괴하면서 통과할 수도 있다. 그러면 식물 부분은 지상 생육 공간에서 성장할 수도 있다. The seeds within the seed pad (100) may, upon germination, pass through the above-ground layer (110) while at least partially destroying it. The plant parts may then grow in the above-ground growing space.
이를 위해, 지상 층(110)은, 종자의 식물 부분의 발아력에 의해 그 표면이 적어도 부분적으로 파괴되도록 구성될 수도 있다. To this end, the ground layer (110) may be configured so that its surface is at least partially destroyed by the germination power of the vegetative part of the seed.
예를 들어, 상기 지상 층(110)은 종자가 배치된 부위를 중심으로 절지선 처리되어 발아력(예컨대, 1 내지 2N/m(MD))에도 해당 부위가 파괴되도록 구성될 수도 있다. 또는, 상기 지상 층(110)은 약한 인장 강도를 가짐으로써 절지선 처리 없이도 약한 발아력에도 파괴 가능한 인장 강도를 갖는 물질로 이루어질 수도 있다. For example, the above-mentioned ground layer (110) may be configured to be subjected to a cutting line treatment centered on the area where the seeds are placed so that the area is destroyed even under a germination force (e.g., 1 to 2 N/m (MD)). Alternatively, the above-mentioned ground layer (110) may be formed of a material having a low tensile strength that can be destroyed even under a low germination force without the cutting line treatment.
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 지상 층(110)의 물질은 지상 생육 공간에 주입된 기체의 압력에 의해 파괴되지 않는 인장 강도 특성을 가진다. 예를 들어, 상기 지상 층(110)의 물질은 1기압과 같은 목표 기압에 견디는 인장 강도 특성을 가질 수도 있다. Additionally, in some embodiments, the material of the above-ground layer (110) has tensile strength properties that are not destroyed by the pressure of the gas injected into the above-ground growing space. For example, the material of the above-ground layer (110) may have tensile strength properties that can withstand a target pressure, such as 1 atm.
패드 프래임(130)은 지상 층(110) 및 근권 층(120)과 결합되어 두 층 사이의 수용 공간의 높이를 유지한다. 상기 이중 층 구조의 측면은 패드 프래임110에 의해 차폐되어, 수용된 종자가 패드(100) 외부로 유출되는 것을 방지한다. The pad frame (130) is combined with the ground layer (110) and the root zone layer (120) to maintain the height of the receiving space between the two layers. The side of the double-layer structure is shielded by the pad frame 110 to prevent the received seeds from leaking out of the pad (100).
상기 종자 패드(100)의 구성(110, 120, 120)의 크기, 기타 사양은 수용할 종자의 수, 크기에 기초하여 설계된다.The size and other specifications of the configuration (110, 120, 120) of the seed pad (100) are designed based on the number and size of seeds to be accommodated.
상기 종자 패드(100)는 내층 구조체(210)의 표면 상에 장착될 수도 있다. 상기 종자 패드(100)는 내층 구조체(210)의 일 표면 상에 임의로 배치되거나 또는 지정된 위치에 배치될 수도 있다. The seed pad (100) may be mounted on the surface of the inner layer structure (210). The seed pad (100) may be arbitrarily placed on one surface of the inner layer structure (210) or may be placed at a designated location.
일부 실시 예들에서, 상기 복수의 종자 패드(100) 각각이 내층 구조체(210)의 표면 상의 다수의 서브 영역 중 일부 서브 영역에 각각 배치될 경우, 각 종자 패드(100) 사이의 간격은 적어도 하나의 서브 영역을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 1, 도 5에 도시된 것처럼 인접한 종자 패드(100) 사이에는 하나의 서브 영역을 포함한 간격을 가질 수도 있다. In some embodiments, when each of the plurality of seed pads (100) is respectively disposed in some sub-regions among the plurality of sub-regions on the surface of the inner layer structure (210), the gap between each seed pad (100) may include at least one sub-region. For example, as illustrated in FIGS. 1 and 5, a gap including one sub-region may be provided between adjacent seed pads (100).
그 결과, 상기 식물 재배 장치(10)는 종자 패드(100)의 식물 부분이 인접한 다른 종자 패드(100)의 식물 부분과 충돌하는 것을 최소화하여 높은 재배 효율을 가지는 것을 보장한다. As a result, the plant cultivation device (10) ensures high cultivation efficiency by minimizing collision between plant parts of a seed pad (100) and plant parts of adjacent seed pads (100).
일부 실시 예들에서, 상기 내층 구조체(210)는 복수의 단차 구조를 포함할 수도 있다. 상기 단차 구조에 상기 종자 패드(100)가 장착될 수도 있다. In some embodiments, the inner layer structure (210) may include a plurality of step structures. The seed pad (100) may be mounted on the step structures.
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 내층 구조체(210)는 복수의 홈(211)을 포함할 수도 있다. 각 홈(211)은 내층 구조체(210)의 표면을 관통하도록 형성된다. 상기 복수의 홈(211)은 종자 패드(100)가 장착되는 일부 서브 영역에 각각 형성될 수도 있다. Additionally, in some embodiments, the inner layer structure (210) may include a plurality of grooves (211). Each groove (211) is formed to penetrate the surface of the inner layer structure (210). The plurality of grooves (211) may each be formed in some sub-regions where seed pads (100) are mounted.
상기 종자 패드(100)는 홈(211)을 둘러싼 주변 내층 구조체(210)의 표면에 접촉하여 장착될 수도 있다. 이를 위해, 각 홈(211)의 평면 크기는 패드 프래임(130)의 밖으로 노출된 근권 층(120)의 평면 크기에 매칭되거나 그 보다 좁을 수도 있다. 일 예에서, 상기 홈(211)의 평면 크기는 패드 프래임(130)의 평면 크기 보다 좁을 수도 있다. The seed pad (100) may be mounted by contacting the surface of the peripheral inner layer structure (210) surrounding the groove (211). For this purpose, the planar size of each groove (211) may be matched to or narrower than the planar size of the root zone layer (120) exposed to the outside of the pad frame (130). In one example, the planar size of the groove (211) may be narrower than the planar size of the pad frame (130).
상기 홈(211)에 의해 양액이 분무기(300)로부터 근권 층(120)으로 곧바로 분사될 수도 있다. 그 결과, 양액의 전달 손실을 최소화할 수도 있다. The nutrient solution can be sprayed directly from the sprayer (300) to the root zone layer (120) through the above groove (211). As a result, the transmission loss of the nutrient solution can be minimized.
일부 실시 예들에서, 상기 패드 프래임(130)은 적어도 부분적으로 자성을 갖도록 구성될 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 패드 프래임(130)은 하나 이상의 영구 자석을 포함할 수도 있다. 이 경우, 내층 구조체110은 철, 니켈, 코발트, 스테인리스 스틸과 같은 다양한 강자성체 물질 또는 자석을 떼내면 즉시 자력을 잃는 연자성체 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 자성에 의해 종자 패드(100)가 내층 구조체(210)의 표면 상에 장착되거나, 다시 탈착될 수도 있다. In some embodiments, the pad frame (130) may be configured to be at least partially magnetic. Furthermore, in some embodiments, the pad frame (130) may include one or more permanent magnets. In this case, the inner layer structure 110 may be formed of various ferromagnetic materials, such as iron, nickel, cobalt, stainless steel, or a soft magnetic material that immediately loses magnetism when the magnet is removed. The magnetism may allow the seed pad (100) to be mounted on the surface of the inner layer structure (210) or to be re-mounted.
다시 도 9를 참조하면, 상기 식물 재배 장치(10)는 기체 공급 시스템(1200)으로부터 공기를 상기 지상 생육 공간으로 주입할 주입구(240)를 더 포함할 수도 있다. 이로 인해, 상기 지상 생육 공간의 기압이 목표 기압으로 유지된다. 상기 목표 기압은 지수 대기를 나타낸다. 예를 들어, 0.9기압 내지 1.1기압, 0.95 기압 또는 1.05기압 또는 대략 1기압일 수도 있다. Referring again to FIG. 9, the plant cultivation device (10) may further include an inlet (240) for injecting air from a gas supply system (1200) into the above-ground growing space. This maintains the air pressure of the above-ground growing space at a target pressure. The target pressure represents an exponential atmosphere. For example, it may be 0.9 to 1.1 atm, 0.95 to 1.05 atm, or approximately 1 atm.
상기 하나 이상의 주입구(240)는 내층 구조체(210)의 표면에 형성될 수도 있다. 상기 주입구(240)에 공기를 주입하는 구성요소(예컨대, 배관(1210), 펌프 등)는 근권 공간에 설치될 수도 있다. The above one or more injection ports (240) may be formed on the surface of the inner layer structure (210). A component (e.g., a pipe (1210), a pump, etc.) for injecting air into the injection ports (240) may be installed in the root zone space.
상기 주입구(240)는 닫힐 경우 내부 공간이 닫힌 계의 특성을 갖도록 기밀 구조로 설치된다. 상기 주입구(240)가 열릴 경우 기체 저장소1210로부터 배관(1210)를 통해 공기가 주입된다. 개방 이후 다시 주입구(240)가 닫힐 경우, 상기 장치 내부 공간은 물질이 교환된 상태로 다시 닫힌 계로 재-전환된다. 그 결과, 상기 주입구(240)를 통해 주입된 기체의 압력이 유지된다.The above-mentioned inlet (240) is installed with a gas-tight structure so that, when closed, the internal space has the characteristics of a closed system. When the inlet (240) is opened, air is injected from the gas storage 1210 through the pipe (1210). When the inlet (240) is closed again after opening, the internal space of the device is re-converted to a closed system with the material exchanged. As a result, the pressure of the gas injected through the inlet (240) is maintained.
일부 실시 예들에서, 상기 하나 이상의 주입구(240)는 외층 구조체(210)의 표면에 더 형성될 수도 있다. 상기 주입구(240)를 통해 공기가 차단막(400)과 외층 구조체(220)사이에 주입되면, 외층 구조체(220)와 차단막(400) 사이에 공기층이 형성된다. 형성된 공기층이 차단막(400)을 밀어내 상기 식물 재배 장치(10)의 외부 형상 구조를 유지할 수도 있다. In some embodiments, one or more of the injection holes (240) may be further formed on the surface of the outer layer structure (210). When air is injected between the barrier film (400) and the outer layer structure (220) through the injection holes (240), an air layer is formed between the outer layer structure (220) and the barrier film (400). The formed air layer may push out the barrier film (400) to maintain the external shape structure of the plant cultivation device (10).
상기 주입된 기체의 압력으로 인해, 상기 식물 재배 장치(10)는 장치 외부에 장치 형상을 유지하기 위한 별도의 외부 구조체가 불필요하고, 결국 구조체(200)를 최소화하면서 장치의 구조 형상을 유지할 수도 있다. Due to the pressure of the injected gas, the plant cultivation device (10) does not require a separate external structure to maintain the shape of the device outside the device, and ultimately, the structural shape of the device can be maintained while minimizing the structure (200).
상기 광원 모듈(500)은 종자로부터 발아한 식물 부분에 빛 에너지를 공급하는 구성요소이다. 상기 광원 모듈(500)은 광원과 상기 식물 부분 사이의 거리가 조절 가능하도록 구성된다. The above light source module (500) is a component that supplies light energy to a plant part that has sprouted from a seed. The light source module (500) is configured so that the distance between the light source and the plant part is adjustable.
특정 실시 예들에서, 상기 광원 모듈(500)은 하나 이상의 광원 유닛(510), 결합 유닛(520)을 포함한다. 또한, 상기 구조체(200)는 가이드 구조체(256)를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 가이드 구조체(256)는, 상기 가이드 구조체(256)의 표면이 식물 재배 장치(10)의 단면의 중심을 포함하도록 상기 내층 구조체(210)와 결합될 수도 있다. In certain embodiments, the light source module (500) includes one or more light source units (510) and a coupling unit (520). In addition, the structure (200) may further include a guide structure (256). In some embodiments, the guide structure (256) may be coupled to the inner layer structure (210) such that a surface of the guide structure (256) includes a center of a cross-section of the plant cultivation device (10).
상기 광원 유닛(510)은 전력이 공급되면 빛을 발생하는 광원 소자일 수도 있다. 상기 광원 유닛(510)은 결합 유닛(520)의 표면에 설치되거나, 또는 도 1에 도시된 것처럼 결합 유닛(520)의 일 단에 설치될 수도 있다. The light source unit (510) may be a light source element that generates light when power is supplied. The light source unit (510) may be installed on the surface of the coupling unit (520), or may be installed at one end of the coupling unit (520) as illustrated in FIG. 1.
상기 결합 유닛(520)은 가이드 구조체(256)와 광원 유닛(510)을 서로 연결한다. 상기 결합 유닛(520)은 상기 광원 유닛(510)이 가이드 구조체(256)를 따라 이동하도록 구성된다. 상기 결합 유닛(520)에 의해 광원 유닛(510)은 식물 부분과의 거리가 고정되거나 변경될 수도 있다. The above coupling unit (520) connects the guide structure (256) and the light source unit (510) to each other. The coupling unit (520) is configured to allow the light source unit (510) to move along the guide structure (256). The distance between the light source unit (510) and the plant part can be fixed or changed by the coupling unit (520).
상기 가이드 구조체(256)는, 예를 들어, 레일, 또는 기타 가이드 부재(member)일 수도 있다. 가이드 구조체(256)이 레일일 경우, 상기 결합 유닛(520)은 가이드 구조체(256)를 따라 슬라이딩 이동할 수도 있다. The above guide structure (256) may be, for example, a rail or other guide member. When the guide structure (256) is a rail, the coupling unit (520) may slide along the guide structure (256).
일부 실시 예들에서, 상기 가이드 구조체(256)는 도 2에 도시된 것처럼 선형 구조일 수도 있다. 다른 일부 실시 예들에서, 상기 가이드 구조체(256)는 곡선, 원형과 같은 비-선형 구조일 수도 있다. In some embodiments, the guide structure (256) may be a linear structure as illustrated in FIG. 2. In other embodiments, the guide structure (256) may be a non-linear structure, such as a curve or circle.
일부 실시 예들에서, 광원 모듈(500)은, 식물의 성장 높이 및/또는 광 포화도에 기초하여 광원의 세기 및 광원과 식물 간의 거리 중 하나 이상이 제어될 수도 있다. In some embodiments, the light source module (500) may be configured to control one or more of the intensity of the light source and the distance between the light source and the plant based on the growth height and/or light saturation of the plant.
상기 식물 재배 시스템(1)은 식물의 성장 높이, 광 포화도 각각에 대한 광 조사 량을 제어할 수도 있다. 상기 광 조사 량은 광원 유닛(510)의 세기, 광원 유닛(510)과 식물 간의 거리를 통해 제어된다. The above plant cultivation system (1) can also control the amount of light irradiation for each of the plant's growth height and light saturation. The amount of light irradiation is controlled through the intensity of the light source unit (510) and the distance between the light source unit (510) and the plant.
상기 식물 재배 시스템(1)은 광원 유닛(510)의 현재 세기, 광원 유닛(510)과 식물 간의 현재 거리에 기초하여 현재 광 조사 량을 산출 및 확인할 수도 있다. The above plant cultivation system (1) can also calculate and confirm the current light irradiance based on the current intensity of the light source unit (510) and the current distance between the light source unit (510) and the plant.
일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 식물 성장 높이별 광 조사 량, 광 포화도별 광 조사 량, 또는 식물 성장 높이와 광 포화도의 조합 별 참조 광 조사 량을 기록한 참조 테이블을 미리 저장할 수도 있다. In some embodiments, the plant cultivation system (1) may store in advance a reference table that records the light irradiance according to plant growth height, the light irradiance according to light saturation, or the reference light irradiance according to the combination of plant growth height and light saturation.
상기 식물 재배 시스템(1)은 높이 측정 장치(530)에 의해 장치 내부에서 성장하는 식물의 높이를 측정하고, 측정된 식물 높이에 대응한 참조 광 조사 량을 검색하고, 상기 참조 광 조사 량에 기초하여 광원 유닛(510)의 현재의 세기를 변경하거나 및/또는 광원과 식물 간의 거리를 변경할 수도 있다.The above plant cultivation system (1) measures the height of a plant growing inside the device by a height measuring device (530), searches for a reference light irradiance corresponding to the measured plant height, and changes the current intensity of the light source unit (510) and/or changes the distance between the light source and the plant based on the reference light irradiance.
상기 식물 재배 시스템(1)은 광 포화도 측정 장치(540)에 의해 상기 지상 생육 공간의 광 포화도를 측정하고, 측정된 광 포화도에 대응한 광 조사 량을 검색하고, 상기 참조 광 조사 량에 기초하여 광원 유닛(510)의 현재의 세기를 변경하거나 및/또는 광원과 식물 간의 거리를 변경할 수도 있다.The above plant cultivation system (1) measures the light saturation of the above-ground growing space by a light saturation measuring device (540), searches for a light irradiance corresponding to the measured light saturation, and changes the current intensity of the light source unit (510) based on the reference light irradiance and/or changes the distance between the light source and the plant.
상기 참조 광 조사 량의 값이 현재의 광 조사 량의 값 보다 클 경우, 광원 유닛(510)의 세기가 증가하거나 및/또는 거리가 가까워지도록 제어된다. If the value of the above reference light irradiance is greater than the value of the current light irradiance, the intensity of the light source unit (510) is controlled to increase and/or the distance to become closer.
상기 참조 광 조사 량의 값이 현재의 광 조사 량의 값 보다 작을 경우, 광원 유닛(510)의 세기가 감소하거나 및/또는 거리가 멀어지도록 제어된다. If the value of the above reference light irradiance is less than the value of the current light irradiance, the intensity of the light source unit (510) is controlled to decrease and/or the distance is increased.
일부 실시 예들에서, 상기 광원 모듈(500)은 거리를 우선 변경하도록 구성된다. 우주공간에서 중요한 부분이 부품 수명이다. 광원을 세기를 자주 변경하거나, 높은 세기로 오래 유지할 경우, 광원의 잔여 수명이 급격히 소모될 수도 있다. 상기 광원 모듈(500)은 상기 참조 광 조사 량의 값과 현재의 광 조사 량의 값 간의 차이에 기초하여 우선 상기 광원 유닛(510)과 식물 간의 거리를 변경한다. 변경 이후 상기 참조 광 조사 량의 값과 현재의 광 조사 량의 값이 매칭되면 광원의 세기는 유지된다. 변경 이후에도 상기 참조 광 조사 량의 값과 현재의 광 조사 량의 값이 상이할 경우 광원의 세기가 추가로 변경될 수도 있다.In some embodiments, the light source module (500) is configured to change the distance first. In space, a critical factor is the lifespan of components. If the intensity of the light source is frequently changed or maintained at a high intensity for a long time, the remaining lifespan of the light source may be rapidly consumed. The light source module (500) first changes the distance between the light source unit (510) and the plant based on the difference between the value of the reference light irradiance and the value of the current light irradiance. If the value of the reference light irradiance and the value of the current light irradiance are matched after the change, the intensity of the light source is maintained. If the value of the reference light irradiance and the value of the current light irradiance are still different after the change, the intensity of the light source may be further changed.
일부 실시 예들에서, 상기 복수의 광 포화도 측정 장치(540)는 내층 구조체(210) 상에 분포할 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 복수의 광 포화도 측정 장치(540) 각각은 종자 패드(100)별로 광 포화도를 개별적으로 측정하도록 분포할 수도 있다. 그러면, 상기 식물 재배 시스템(1)은 특정 종자 패드(100)에 참조 광 조사 량이 가해지도록 상기 광원 유닛(510)의 현재 세기, 거리를 제어할 수도 있다. In some embodiments, the plurality of light saturation measuring devices (540) may be distributed on the inner layer structure (210). Furthermore, in some embodiments, each of the plurality of light saturation measuring devices (540) may be distributed to individually measure light saturation for each seed pad (100). Then, the plant cultivation system (1) may control the current intensity and distance of the light source unit (510) so that a reference light irradiance is applied to a specific seed pad (100).
상기 회전 모듈(600)은 연결된 구조체(200)를 연결 축을 기준으로 회전시켜 장치 내부 공간에 인공 중력을 생성하도록 구성된다. 상기 회전 모듈(600)은 모터 또는 기타 회전 유닛을 포함할 수도 있다. 외부의 제어 시스템에 의한 제어 신호에 의해 상기 모터의 회전이 제어될 수도 있다. The above rotation module (600) is configured to rotate the connected structure (200) around the connection axis to generate artificial gravity in the internal space of the device. The rotation module (600) may include a motor or other rotation unit. The rotation of the motor may be controlled by a control signal from an external control system.
일부 실시 예들에서, 상기 회전 모듈(600)은 차단막(400) 외부에 설치될 수도 있다. 이 경우, 상기 차단막(400)은 결합구를 더 포함할 수도 있다. 상기 회전 모듈(600)의 회전 축은 차단막(400)의 결합구를 통해 차단막(400) 내부의 구조체(200)와 결합할 수도 있다. 상기 결합구는 구조체(200)와 회전 모듈(600)이 장치 내부 공간의 기밀 상태가 유지되면서 결합되도록 구성될 수도 있다.In some embodiments, the rotation module (600) may be installed outside the barrier (400). In this case, the barrier (400) may further include a coupling member. The rotation axis of the rotation module (600) may be coupled to the structure (200) inside the barrier (400) through the coupling member of the barrier (400). The coupling member may be configured such that the structure (200) and the rotation module (600) are coupled while maintaining an airtight state within the space of the device.
또한, 상기 회전 모듈(600)은 상기 식물 재배 장치(10)의 내부 공간의 중심점을 포함한 중심 축이 상기 회전 축 상에 위치하도록 상기 구조체(200)와 결합될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 회전 모듈(600)은 구조체(200)의 연장 축이 이 상기 회전 축 상에 위치하도록 상기 구조체(200)와 결합될 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 회전 모듈(600)은 가이드 구조체(256)과 결합될 수도 있다. 이 경우, 가이드 구조체(256)는 슬라이딩 동작 및 회전 동작을 수행하는데 이용된다. In addition, the rotation module (600) may be coupled with the structure (200) such that a central axis including a center point of the internal space of the plant cultivation device (10) is positioned on the rotation axis. In some embodiments, the rotation module (600) may be coupled with the structure (200) such that an extension axis of the structure (200) is positioned on the rotation axis. In addition, in some embodiments, the rotation module (600) may be coupled with a guide structure (256). In this case, the guide structure (256) is used to perform a sliding motion and a rotation motion.
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 장치(10)는 하나 이상의 회전 걸쇠(610)를 더 포함할 수도 있다. 상기 회전 걸쇠(610)는 가이드 구조체(256)에 결합될 수도 있다. 이 경우, 상기 구조체(200)는 상기 회전 걸쇠(610)가 삽입되는 걸쇠 홈을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 걸쇠 홈은 외층 구조체(220)의 표면에 단차 구조로 형성될 수도 있다. 상기 회전 걸쇠(610)는 상기 걸쇠 홈 및 차단막(400) 사이의 공간에 매칭하는 정면 형상을 갖도록 구성될 수도 있다. 상기 회전 걸쇠(610)는 상기 걸쇠 홈에 삽입되어 상기 가이드 구조체(256)의 회전력이 구조체(200)에 온전히 전달되게 한다. In addition, in some embodiments, the plant cultivation device (10) may further include one or more rotary latches (610). The rotary latches (610) may be coupled to a guide structure (256). In this case, the structure (200) may include a latching groove into which the rotary latches (610) are inserted. In some embodiments, the latching groove may be formed as a step structure on the surface of the outer layer structure (220). The rotary latches (610) may be configured to have a front shape that matches the space between the latching groove and the barrier (400). The rotary latches (610) are inserted into the latching groove so that the rotational force of the guide structure (256) is fully transmitted to the structure (200).
이와 같이 기밀 상태가 유지되면서 구조체(200)를 회전시킬 경우, 회전 축과 반대되는 방향의 원심력이 인공 중력으로서 내층 구조체(210)의 표면을 따라 배치된 식물에 가해진다. 시스템이 설치된 중력 계의 중력 및 상기 인공 중력이 상기 식물 재배 장치(10)의 종자 패드의 식물에 가해질 수도 있다. 또는, 중력 계가 무중력 상태일 경우, 상기 인공 중력이 식물 재배 장치(10)에 가해지는 실질적인 중력일 수도 있다. When the structure (200) is rotated while maintaining the airtight state in this way, a centrifugal force in the direction opposite to the rotation axis is applied as artificial gravity to the plants arranged along the surface of the inner layer structure (210). The gravity of the gravity system in which the system is installed and the artificial gravity may be applied to the plants of the seed pad of the plant cultivation device (10). Alternatively, when the gravity system is in a weightless state, the artificial gravity may be the actual gravity applied to the plant cultivation device (10).
상기 회전 모듈(600)은 식물 재배 장치(10)의 회전 반경에 따라 회전 각속도를 조절해 미리 설정된 인공 중력을 생성할 수도 있다. 미리 설정된 인공 중력 값은 지상 생육 공간의 현재 중력과 지구 중력 간의 차이일 수도 있다. 지상 생육 공간이 무중력 상태일 경우 지구 중력 값으로 상기 인공 중력이 생성된다. The above-mentioned rotation module (600) may generate a preset artificial gravity by adjusting the rotational angular velocity according to the rotational radius of the plant cultivation device (10). The preset artificial gravity value may be the difference between the current gravity of the above-ground growing space and the Earth's gravity. If the above-ground growing space is in a weightless state, the artificial gravity is generated based on the Earth's gravity value.
일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 각각의 회전 반경에 대한 회전 각속도, 인공 중력 값 간의 관계를 기록한 참조 테이블을 미리 저장할 수도 있다. In some embodiments, the plant cultivation system (1) may also store in advance a reference table recording the relationship between the rotational angular velocity and the artificial gravity value for each rotation radius.
식물 재배 장치(10)의 크기(예컨대, 길이)에 따라 회전 반경이 결정된다. 상기 식물 재배 시스템(1)은 지구 중력 가속도(예컨대, 9.8m/sec2)와 같은 필요한 중력 가속도를 생성하기 위해, 상기 참조 테이블을 이용하여 현재의 식물 재배 장치(10)의 크기에 따른 회전 반경에서 원하는 인공 중력을 생성하기 위한 회전 각속도를 상기 참조 테이블에서 검색하고, 검색된 회전 각속도로 회전 모듈(600)을 구동할 수도 있다. The rotation radius is determined according to the size (e.g., length) of the plant cultivation device (10). The plant cultivation system (1) may use the reference table to search for a rotational velocity for generating a desired artificial gravity at a rotational radius according to the size of the current plant cultivation device (10) in the reference table in order to generate a required gravitational acceleration such as the Earth's gravitational acceleration (e.g., 9.8 m/sec2), and may drive the rotation module (600) with the searched rotational velocity.
그 결과, 상기 식물 재배 장치(10)가 우주 공간과 같이 무중력 환경이거나 화성, 달과 같이 지구 보다 중력이 적은 환경에 설치된 경우에도 지구 중력에 매칭된 중력 환경을 장치 내부에 조성할 수도 있다. As a result, even if the plant cultivation device (10) is installed in a weightless environment such as space or an environment with less gravity than Earth such as Mars or the moon, a gravity environment matching Earth gravity can be created inside the device.
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 장치(10)의 외층 구조체(200)는 보다 강한 형상을 유지하도록 구성될 수도 있다. Additionally, in some embodiments, the outer layer structure (200) of the plant cultivation device (10) may be configured to maintain a stronger shape.
상기 식물 재배 장치(10)가 설치될 수도 있는 우주 공간에는 우주 쓰레기, 또는 우주 파편과 같은 우주 부산물이 분포하고 있다. 우주 공간에는 공기 저항이 없기 때문에 우주 부산물은 매우 빠른 속력으로 이동한다. 상기 우주 부산물이 식물 재배 장치(10)에 충돌할 경우 차단막(400) 및 구조물(200)의 일 면을 관통할 수도 있다. 그러면, 충돌 이전에는 닫힌 계 상태의 지상 생육 공간을 더 이상 닫힌 계 상태가 아니게 되고, 지상 생육 공간은 지구 환경으로부터 혹한의 우주 환경으로 변할 수도 있고, 결국 수 십 초 안에 모든 재배 작물을 잃을 수도 있고 특히, 우주에서 가장 귀한 자원인 공기를 잃게 된다. Space debris, such as space debris or space debris, is distributed in space where the above-mentioned plant cultivation device (10) may be installed. Since there is no air resistance in space, space debris moves at a very high speed. If the above-mentioned space debris collides with the plant cultivation device (10), it may penetrate one side of the barrier (400) and the structure (200). Then, the terrestrial growing space, which was in a closed system state before the collision, will no longer be in a closed system state, and the terrestrial growing space may change from the Earth environment to the harsh space environment, ultimately leading to the loss of all cultivated crops in a matter of tens of seconds, and in particular, the loss of air, the most precious resource in space.
도 11은, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 이중 공간지(230)를 갖는 구조체(200)의 단면도이다. FIG. 11 is a cross-sectional view of a structure (200) having a double space (230) according to one embodiment of the present application.
이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 식물 재배 장치(10)에서 외층 구조체(220)의 바깥 표면(230)은 이중공간지로 이루어질 수도 있다. 도 11에 도시된 것처럼, 상기 이중 공간지(230)는 서로 이격 배치된 이중 필름 구조를 가진다. To solve this problem, the outer surface (230) of the outer layer structure (220) in the plant cultivation device (10) may be formed of a double spacer. As illustrated in Fig. 11, the double spacer (230) has a double film structure spaced apart from each other.
상기 이중 공간지(230)는 상기 이중 필름 사이를 연결하는 섬유 실 다발(231)을 포함한다. 상기 이중 필름 사이에는 수천만, 또는 수억 가닥의 섬유 실이 촘촘한 간격으로 이중 필름 사이를 연결하도록 설치된다. 상기 섬유 실 사이에는 빈 공간이 존재한다. The above-described double spacer (230) includes a fiber thread bundle (231) connecting the double films. Tens of millions or hundreds of millions of fiber threads are installed between the double films at close intervals to connect the double films. There is an empty space between the fiber threads.
이중 공간지(230)에서 이중 필름은, 하나의 필름처럼 접착제로 부착되어 내부 간격이 없는 적층 구조를 갖지 않거나, 또는 상기 외층 구조체(220)의 바깥 표면이 내부 간격에 섬유 실 구조가 없는 단순 빈 공간으로만 이루어질 경우, 이러한 적층 구조체 또는 이중 구조체는 특정 부위에 누르는 압력을 가하면 압력이 분산되며 다른 곳이 팽창하여 쉽게 형상이 변한다. In the double space (230), if the double film is attached with an adhesive like a single film and does not have a laminated structure without an internal gap, or if the outer surface of the outer layer structure (220) is made of only a simple empty space without a fiber thread structure in the internal gap, such a laminated structure or double structure easily changes shape when a pressure is applied to a specific area, the pressure is dispersed and other areas expand.
반면, 대신에 두 장의 필름 전체면적을 섬유 실들이 연결하면서도 상기 섬유 실들 사이에 잔여 공간이 존재하는 구조를 갖기 때문에 고압 공기 또는 기체가 두 장의 필름을 밀어내는 팽창력과 촘촘한 섬유가 양쪽 필름을 잡고 있는 인장력이 동시에 적용된다. 이로 인해, 상기 이중 공간지(230)는 고압의 공기를 섬유 실 구조의 잔여 공간에 주입하면 팽창도 수축도 없는 단단한 구조체를 유지하고 결국, 공기압에 따라 변형이 없는 고체처럼 단단한 물성을 가진다. On the other hand, since the structure has a structure in which the entire area of the two films is connected by fiber threads while a residual space exists between the fiber threads, the expansion force of high-pressure air or gas pushing the two films and the tensile force of the dense fibers holding the two films are simultaneously applied. As a result, the double space sheet (230) maintains a solid structure that does not expand or contract when high-pressure air is injected into the residual space of the fiber thread structure, and ultimately has solid properties like a solid that does not deform depending on the air pressure.
또한, 일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 장치(10)는 지구 환경에 대응한 기체 환경을 장치 내부의 지상 생육 공간에 조성하고 종자 패드(100)를 설치하여 식물을 재배하는 도중에 외부의 충돌에 의해 장치 외형이 파손될 경우 파손된 부분을 적어도 부분적으로 보완함으로써 상기 지상 생육 공간에 재배 중인 식물의 피해를 억제하도록 구성될 수도 있다. In addition, in some embodiments, the plant cultivation device (10) may be configured to prevent damage to plants being cultivated in the above-ground growth space by creating a gaseous environment corresponding to the Earth's environment in the above-ground growth space inside the device and installing a seed pad (100) to at least partially compensate for the damaged portion when the exterior of the device is damaged by an external collision during plant cultivation.
다시 도 11을 참조하면, 상기 이중 공간지(230)의 섬유 실 다발(231) 사이의 잔여 공간에는 복수의 펑크패치캡슐(235)를 더 포함할 수도 있다. 상기 잔여 공간은 복수의 펑크패치캡슐 및 상기 외층 구조체의 주입구를 통해 주입된 공기로 충전된다. Referring again to FIG. 11, the remaining space between the fiber bundles (231) of the double space sheet (230) may further include a plurality of puncture patch capsules (235). The remaining space is filled with the plurality of puncture patch capsules and air injected through the injection port of the outer layer structure.
도 11에는 펑크패치캡슐(235)이 이중 공간지(230)에 부분적으로 배치되어 있으나, 이는 섬유 실 다발 구조(231)와 펑크패치캡슐(235)이 잔여 공간에 충전되어 있는 단면 형상을 동시에 보여주기 위한 것에 불과하다. 본 출원의 펑크패치캡슐(235)이 부분적으로 이중 공간지(230)에 배치되지 않는 것으로 해석되는 것이 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. In Fig. 11, the puncture patch capsule (235) is partially positioned in the double space (230), but this is merely to simultaneously show the cross-sectional shape in which the fiber thread bundle structure (231) and the puncture patch capsule (235) are filled in the remaining space. It will be apparent to those skilled in the art that the puncture patch capsule (235) of the present application is interpreted as not being partially positioned in the double space (230).
상기 펑크패치캡슐(235)은 이중 공간지(230)의 내부 잔여 공간에 높은 밀도로 충전될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 펑크패치캡슐(235)은 이중 공간지(230)의 내부 잔여 공간의 부피 중 50% 이상의 부피를 차지하도록 충전될 수도 있다. The above puncture patch capsule (235) may be filled with a high density in the internal residual space of the double space sheet (230). In some embodiments, the puncture patch capsule (235) may be filled so as to occupy 50% or more of the volume of the internal residual space of the double space sheet (230).
도 12는, 본 출원의 일 실시 예에 따른, 펑크패치캡슐의 단면도이다. Fig. 12 is a cross-sectional view of a puncture patch capsule according to one embodiment of the present application.
도 12를 참조하면, 상기 펑크패치캡슐(235)은 캡슐 외피(2351) 내부의 복수의 충전재(2353), 및 액체 접착제(2355)를 포함한다. Referring to FIG. 12, the puncture patch capsule (235) includes a plurality of fillers (2353) inside the capsule shell (2351) and a liquid adhesive (2355).
상기 캡슐 외피(2351)는 내부 공간을 포함한다. 상기 캡슐 외피(2351)의 내부 공간에는 복수의 충전재(2353)가 포함되어 있다. The above capsule shell (2351) includes an internal space. The internal space of the capsule shell (2351) includes a plurality of fillers (2353).
상기 충전재(2353)는, 예를 들어 구형일 수도 있으나, 이에 제한되진 않는다. The above filler (2353) may be, for example, spherical, but is not limited thereto.
상기 충전재(2353)는 복수의 후크(hook)가 형성되도록 처리된 표면을 가진다. 일부 실시 예들에서, 상기 충전재(2353)는 도꼬마리 열매의 갈고리 구조로부터 도출된, 벨크로(velcro) 구조를 갖도록 구성될 수도 있다. The above-mentioned filler (2353) has a surface treated to form a plurality of hooks. In some embodiments, the filler (2353) may be configured to have a velcro structure derived from the hook structure of the dokkomari fruit.
상기 액체 접착제(2355)는 공기와 접하면 순간 경화되는 물질 특성을 가진다. 상기 액체 접착제(2355)는 주변 공기에 노출될 경우 주변 공기에 반응하여 고체로 경화될 수도 있다. The above liquid adhesive (2355) has a material property that instantly hardens when exposed to air. The above liquid adhesive (2355) may also harden into a solid by reacting with the surrounding air when exposed to the surrounding air.
상기 캡슐 외피(2351)는 이중 공간지(230)의 잔여 공간에 충전된 기압 보다 낮은 압력에 노출되거나 임계 충격 이상의 물리적 충격이 발생할 경우 파열되도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 상기 캡슐 외피(2351)는 1기압 미만의 압력에 노출될 경우 부풀어 파열되도록 구성될 수도 있다. 상기 임계 충격은 우주 부산물의 속도에 기초한다. The capsule shell (2351) is configured to rupture when exposed to a pressure lower than the atmospheric pressure filled in the remaining space of the double space carrier (230) or when a physical impact higher than a critical impact occurs. In some embodiments, the capsule shell (2351) may be configured to swell and rupture when exposed to a pressure lower than 1 atmosphere. The critical impact is based on the velocity of the space debris.
상기 펑크패치캡슐(235)에 의해 외층 구조체(220), 특히 이중 공간지(230)에 파손이 발생할 경우에도 식물 재배의 손실이 억제될 수도 있다. Even if damage occurs to the outer layer structure (220), especially the double spacer (230), by the above puncture patch capsule (235), loss of plant cultivation can be suppressed.
도 13은, 우주 부산물에 의해 파손이 발생할 경우 펑크패치캡슐에 의한 보완 과정의 개략도이다. Figure 13 is a schematic diagram of a supplementary process using a puncture patch capsule when damage occurs due to space debris.
Space debris (우주에 떠다니는 쓰레기 총칭)는 기본적으로 관측 추적되며, ESA의 우주쓰레기 사무소에 따르면 인공위성을 포함해 대략 30,000개 이상의 크고 작은 물체가 지구를 공전하고 있는 것으로 추적된다. 실제적 위험은 3억개 이상의 작은 물체들로 그 속도가 최대 총알의 5배(30,000 km/h)의 속도로 우주공간을 날고 있다. Space debris (a general term for floating debris in space) is primarily observed and tracked, and according to ESA's Office on Space Debris, there are approximately 30,000 objects, large and small, orbiting Earth, including satellites. The real danger lies in the 300 million or more smaller objects, which are hurtling through space at speeds of up to 30,000 km/h (18,000 mph), five times the speed of a bullet.
이 작은 물체가 식물 재배 장치(10)에 충돌할 경우, 충돌 지점이 관통되거나 파괴될 수도 있다. 그러면, 우주 공간과 장치 내부 간의 압력 차이로 우주 공간 대비 상대적으로 높은 기압을 유지하기 위해 충전되어 있는 이중 공간지(230)의 내부 공기가 외층 구조(220)를 통해 장치(10)의 바깥으로 사출된다. If this small object collides with the plant cultivation device (10), the impact point may be penetrated or destroyed. Then, the internal air of the double-spaced container (230), which is filled to maintain a relatively high pressure compared to space due to the pressure difference between space and the inside of the device, is ejected out of the device (10) through the outer layer structure (220).
전술한 바와 같이 캡슐 외피(2351)는 이중 공간지(230)의 잔여 공간에 충전된 기압 보다 낮은 압력에 노출될 경우 파괴된다. 식물 재배 장치(10)의 가장 외각인 이중 공간지(230)가 손상되면 손상 위치 주변에 충전되어 있던 펑크패치캡슐(235)이 손상을 야기한 충돌체와의 충돌 여파에 의해 파괴되거나, 또는 파괴에 따른 압력 차이에 의해 캡슐 외피(2351) 또한 파괴된다. As described above, the capsule shell (2351) is destroyed when exposed to a pressure lower than the pressure charged in the remaining space of the double space (230). When the double space (230), which is the outermost part of the plant cultivation device (10), is damaged, the puncture patch capsule (235) filled around the damaged location is destroyed by the impact of the impactor that caused the damage, or the capsule shell (2351) is also destroyed by the pressure difference resulting from the destruction.
캡슐 외피(2351)이 파괴되는 것은 상기 펑크패치캡슐(235)이 정지된 상태가 아닌 이동하는 상태에서 진행된다. 상기 복수의 펑크패치캡슐(235) 중 적어도 일부는 공기가 장치(10)의 외부로 사출되는 흐름을 따라 이동하면서 파손 부위를 통과할 수도 있다. 파손 부위를 통과하면서 펑크패치캡슐(235)이 파괴되면, 파괴된 펑크패치캡슐(235)에 포함되어 있던 충전재(2353) 및 액체 접착제(2355)가 파손 부위 주변에 분출된다. The destruction of the capsule shell (2351) occurs when the puncture patch capsule (235) is in a moving state rather than a stationary state. At least some of the plurality of puncture patch capsules (235) may pass through the damaged area while moving along the flow of air being ejected to the outside of the device (10). When the puncture patch capsule (235) is destroyed while passing through the damaged area, the filler (2353) and liquid adhesive (2355) contained in the destroyed puncture patch capsule (235) are sprayed around the damaged area.
표면에 형성된 벨크로 구조에 의해 충전재(2353)는 파손 부위의 이중 공간지(230)에 설치된 섬유 실 조직과 결합되면서 파손 부위의 빈 공간을 적어도 부분적으로 보충하는 결합 구조가 형성되며 동시에 액체 접착제(2355)가 사출되는 공기와 반응하여 경화되는 상전이가 발생한다. 그 결과, 경화 접착제(2355) 및 결합 구조에 의해 파손 부위가 적어도 부분적으로 수리되고, 결국 내부 공기 및 재배 작물의 손실을 억제할 수도 있다. By the Velcro structure formed on the surface, the filler (2353) is bonded to the fiber thread structure installed in the double space (230) of the damaged area, thereby forming a bonding structure that at least partially fills the empty space of the damaged area, and at the same time, a phase transition occurs in which the liquid adhesive (2355) reacts with the injected air and hardens. As a result, the damaged area is at least partially repaired by the hardened adhesive (2355) and the bonding structure, which ultimately suppresses the loss of internal air and cultivated crops.
공기압이 높을수록 유체의 흐름은 빠르기 때문에 작은 물체에 의한 손상은 1~2초내에 수리되게 되고 손실된 공기압은 기체 공급 시스템(1200)에 의해 자동 보충된다. As the air pressure increases, the fluid flow becomes faster, so damage caused by small objects is repaired within 1 to 2 seconds, and the lost air pressure is automatically replenished by the gas supply system (1200).
이러한 식물 재배 장치(10)는 다음의 장점을 가진다: This plant cultivation device (10) has the following advantages:
1) 무중력 상태 또는 중력이 희박한 장소는 지구 대기압 보다 희박한 기압 환경을 가진다. 1) A place in which gravity is minimal or has a thin atmosphere has a thinner atmospheric pressure than Earth's atmosphere.
식물은 중력과 다른 여러 환경 인자를 고려하여 뿌리의 생장 방향을 결정한다. 중력이 사라지면 세포내 중력 방향을 인지하는 녹말 과립이 세포 밑바닥에 있지 못하고 세포 전체로 퍼집니다. 따라서 줄기와 뿌리가 사방으로 자라며 엉키는 현상이 발생한다. 중력 환경에 맞게 진화한 식물은 지구 대기압이 적용되지 않는 장소에서 성장할 경우 물리적 구조가 교란됨에 따라 식물 입장에서는 불필요한 스트레스를 받게 된다. Plants determine the direction of root growth by considering gravity and various other environmental factors. When gravity disappears, starch granules, which sense the direction of gravity within the cell, no longer remain at the bottom of the cell and instead spread throughout the cell. This causes stems and roots to grow in all directions and become entangled. Plants, which have evolved to adapt to gravity, experience unnecessary stress when growing in places where Earth's atmospheric pressure is absent, as their physical structure is disrupted.
또한, 중력이 없으면 부하가 없어 세포벽이 얇아져 생체중이 감소하고 결국 수확량의 감소를 야기한다. Additionally, without gravity, there is no load, so cell walls become thinner, which reduces fresh weight and ultimately leads to a decrease in yield.
더욱이, 대기압의 부족은 체세포 분열에도 영향을 미친다. 체세포 분열을 못하게 되면 성장도 못하고 상처의 재생도 불가능하다. 세포분열이 활발하게 일어나는 생장점을 포함하고 있는 뿌리 골무 부분을 자른 식물은 지구에서는 2~3일이면 재생되지만 우주에서는 전혀 재생되지 못한다.Moreover, the lack of atmospheric pressure also affects mitosis. Without mitosis, growth and wound healing are impossible. A plant cut from the root peduncle, which contains the growing point where cell division occurs most actively, regenerates within two to three days on Earth, but in space, it fails to regenerate at all.
상기 식물 재배 장치(10)는 기체 공급 시스템(1200)을 통해 공급된 공기에 의해 지구 대기압에 대응한 기압 환경을 장치 내 지상 생육 공간에 조성할 수 있어, 대기압이 부족한 장소에서 설치될 경우 이러한 장소에서 식물을 원활히 재배할 수 있다. The above plant cultivation device (10) can create an atmospheric pressure environment corresponding to the Earth's atmospheric pressure in the ground growing space within the device by means of air supplied through the gas supply system (1200), so that when installed in a place with insufficient atmospheric pressure, plants can be smoothly cultivated in such a place.
2) 상기 식물 재배 장치(10)는 공기가 채워져 식물이 재배되는 지상 생육 공간의 온도를 유지하기 위한 별도의 온도 유지 장치, 또는 온도를 유지하기 위한 값비싼 차단막(400)이 불필요하여, 시스템 비용이 절감된다. 2) The above plant cultivation device (10) does not require a separate temperature maintenance device for maintaining the temperature of the above-ground growing space filled with air where plants are grown, or an expensive barrier (400) for maintaining the temperature, thereby reducing system costs.
상기 외층 구조체(220)와 차단막(400) 사이에 공기 층이 형성될 경우, 상기 공기 층에 의해 지상 생육 공간의 온도가 식물이 재배하기 적합한, 지구 대기 환경과 동일 또는 유사한 일정 온도로 유지될 수도 있다. When an air layer is formed between the outer layer structure (220) and the barrier film (400), the temperature of the above-ground growing space may be maintained at a constant temperature that is the same as or similar to the Earth's atmospheric environment suitable for growing plants by the air layer.
우주 공간에서는 공기와 같은 매질이 없지만, 상기 우주 공간 내의 어떤 객체든 물질 구조를 가지면 그 구조물이 매질이 되어 열 전도를 일으킨다. 상기 외층 구조체(220)와 차단막(400) 사이에 공기 층 또한 외부 빛 에너지(예컨대, 태양광 에너지)에 노출되는 지 여부에 따라 극고온 또는 극저온 상태로 변할 수도 있다. Although there is no medium such as air in outer space, any object within the space with a material structure can act as a medium and conduct heat. The air layer between the outer layer structure (220) and the barrier (400) can also change to an extremely high or low temperature depending on whether it is exposed to external light energy (e.g., solar energy).
상기 식물 재배 장치(10)는 전술한 바와 같이 인공 중력을 생성하기 위해 고속으로 회전하게 된다. 그러면, 상기 외층 구조체(220)와 차단막(400) 사이에 공기 층 역시 고속으로 회전한다. 상기 회전하는 식물 재배 장치(10)가 외부 빛 에너지를 수신할 경우 짧은 시간 안에 복사 에너지에 의해 상기 외층 구조체(220)와 차단막(400) 사이에 공기 층의 온도는 부분적으로 수백°C로 올라가거나 다시 내려가는 것을 반복한다. The above plant cultivation device (10) rotates at high speed to generate artificial gravity as described above. Then, the air layer between the outer layer structure (220) and the barrier (400) also rotates at high speed. When the rotating plant cultivation device (10) receives external light energy, the temperature of the air layer between the outer layer structure (220) and the barrier (400) partially rises to several hundred degrees Celsius and then falls again repeatedly within a short period of time due to radiant energy.
상기 액체 상태의 공기가 이 온도 변화 만큼의 PCM(상전이물질)의 특성을 가질 경우, 이 온도 변화는 상기 액체 상태의 공기가 상전이하는데 요구되는 열 에너지로 이용되어 내부 온도 변화가 발생하지 않을 수도 있다. If the liquid air has the characteristics of a phase change material (PCM) equivalent to this temperature change, this temperature change may be used as the heat energy required for the liquid air to undergo a phase change, so that no internal temperature change may occur.
3) 상기 식물 재배 장치(10)는 224미터 이상의 대형 회전 반경을 가지는 식물 재배 공간에도 인공 중력을 상대적으로 쉽게 생성할 수 있다. 3) The above plant cultivation device (10) can relatively easily create artificial gravity even in a plant cultivation space having a large rotation radius of 224 meters or more.
사람을 위한 인공중력을 만들기 위해서는 회전반경과 각속도가 중요한 요소이다. When creating artificial gravity for humans, the radius of rotation and angular velocity are important factors.
상대적으로 작은 구조체의 경우 큰 각속도로 인해 다른 문제가 발생한다. 10m의 회전 반경에서 1G의 중력을 만들려면 약 10 RPM의 각속도가 필요하다. 하지만 각속도가 커지면 작은 시스템을 만들 수는 있지만 2rpm 이상에서는 사람이 균형감각에 불편을 느끼게 되어 정상적인 생활과 작업이 불가능하다. For relatively small structures, high angular velocities pose a different challenge. To generate 1 G of gravity with a 10-meter rotational radius, an angular velocity of approximately 10 RPM is required. While higher angular velocities allow for smaller systems, speeds above 2 RPM can cause balance issues for humans, making normal life and work impossible.
반대로, 2rpm보다 작은 각속도에서 1G의 중력을 만들려면 최소한 회전 반경 224m(735피트)보다 더 큰 우주 정거장이 필요하다. 224미터 이상의 회전 반경을 가지는 구조체를 우주 공간에 건설하는 것은 킬로당 1만달러 이상의 운송비(2010년 기준)를 생각할 때 경제성을 생각할 수 없다.Conversely, generating 1 G of gravity at an angular velocity of less than 2 rpm requires a space station with a rotation radius of at least 224 meters (735 feet). Building a structure with a rotation radius greater than 224 meters in space is not economically feasible, considering the transportation cost of over $10,000 per kilometer (as of 2010).
상기 식물 재배 장치(10)의 차단막(400)은 장치 내부에 주입된 공기의 부피 변화에 반응하는 물질로 이루어져 있다. 상기 식물 재배 장치(10)는 내부 공간에 기체가 공급되지 않고 매우 작은 규모의 상태로 우주 공간으로 운반된 뒤 부피 확장될 수도 있다. The barrier (400) of the above plant cultivation device (10) is made of a material that reacts to changes in the volume of air injected into the device. The above plant cultivation device (10) may be transported into space in a very small size without gas being supplied to the internal space and then expand in volume.
예를 들어, 상기 식물 재배 장치(10)는 20피트 컨테이너 팜 대비 5%의 부피 상태로 47g의 액화 공기와 함께 우주 공간으로 운반된 뒤, 우주 공간에서 상기 액화 공기가 장치 내부 공간에 주입되어 단열팽창함으로써 다시 20피트 컨테이너의 부피로 확장될 수도 있다. 그 결과, 부피에 따른 우주 물류비를 대략 95% 절감할 수 있고, 결국 상대적으로 큰 규모의 식물 재배 공간을 우주 공간에서 저렴한 비용으로 제공할 수도 있다. For example, the plant cultivation device (10) can be transported into space with 47g of liquefied air in a volume that is 5% of a 20-foot container farm, and then the liquefied air can be injected into the internal space of the device in space to cause adiabatic expansion, thereby expanding it back to the volume of the 20-foot container. As a result, space logistics costs based on volume can be reduced by approximately 95%, and ultimately, a relatively large-scale plant cultivation space can be provided in space at a low cost.
4) 상기 식물 재배 장치(10)는 에어로포닉 방식을 통해 양액을 공급함으로써, 관행농업 대비 5% 이하의 물만으로 재배 해도 식물에 따라 관행 농업 대비 50~60% 이상의 생산성 증대를 발생시킨다. 4) The above plant cultivation device (10) supplies nutrient solution through an aeroponics method, thereby increasing productivity by 50 to 60% or more compared to conventional farming, depending on the plant, even when cultivation is performed with only 5% or less of the water compared to conventional farming.
일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 시스템(1)은 하나 이상의 운반 드론(700)을 더 포함할 수도 있다. In some embodiments, the plant cultivation system (1) may further include one or more transport drones (700).
다시 도 1을 참조하면, 상기 식물 재배 장치(10)의 지상 생육 공간은 1기압의 기체 밀도 환경이 조성될 수도 있다. 상기 식물 재배 시스템(1)은 장치 내부의 지상 생육 공간에서 이동하는 운반 드론(700)을 더 포함할 수도 있다. Referring again to FIG. 1, the above-ground growing space of the plant cultivation device (10) may be configured to have a gas density environment of 1 atm. The plant cultivation system (1) may further include a transport drone (700) that moves in the above-ground growing space within the device.
상기 운반 드론(700)은 상기 식물 재배 장치(10)에서 종자 패드(100)를 내층 구조체(210)의 표면에 부착하는 파종 동작, 그리고 내층 구조체(210)의 표면으로부터 탈착하는 수확 동작을 수행하는 구성요소이다. The above transport drone (700) is a component that performs a sowing operation of attaching a seed pad (100) to the surface of an inner layer structure (210) in the above plant cultivation device (10) and a harvesting operation of detaching the seed pad (100) from the surface of the inner layer structure (210).
상기 운반 드론(700)은 복수의 프로펠러가 연결된 몸체, 및 상기 몸체로부터 연장된 복수의 암(arm)을 포함할 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 몸체는 통신부, 프로세서를 포함할 수도 있다. 상기 운반 드론(700)은 상기 제어 시스템(1000)과 통신하여 제어 명령에 따른 동작을 수행할 수도 있다. The transport drone (700) may include a body to which multiple propellers are connected, and multiple arms extending from the body. Furthermore, in some embodiments, the body may include a communication unit and a processor. The transport drone (700) may communicate with the control system (1000) and perform operations according to control commands.
상기 운반 드론(700)은 지상 생육 공간에 배치될 수도 있다. 상기 식물 재배 시스템(1)은 상기 드론을 이동시켜 종자 패드(100)를 내측 프레임210의 표면 상에 배치할 수도 있다. 드론이 종자 패드(100)를 운반하는 동안 상기 식물 재배 장치(10)는 회전하지 않고 정지할 수도 있다. The above-mentioned transport drone (700) may be placed in a ground growing space. The plant cultivation system (1) may move the drone to place the seed pad (100) on the surface of the inner frame 210. While the drone transports the seed pad (100), the plant cultivation device (10) may be stationary without rotating.
지구 환경에서 드론은 중력을 이기고 비행해야 해서 작업 시간이 매우 제한된다. 이는 작업 강도가 강할 수록 운반물의 무게가 클수록 드론의 무게가 무거울 수록 비행 시간, 즉 작업 시간이 짧아 진다.In Earth's environment, drones must overcome gravity to fly, which limits their operational time. This means that the more intense the task, the heavier the payload, and the heavier the drone, the shorter its flight time—and thus its operational time.
반면, 무중력 공간에서는 정지비행이나 운반하는 물체의 하중을 견인하는데 에너지가 사용되지 않기 때문에 작은 에너지원 생산물의 무게와 관계 없이 운반이 가능하여 드론에 의한 작물 파종, 이식, 수확 운반의 전체과정을 수행하기에 오히려 유리한 환경이 제공된다.On the other hand, in zero gravity space, since no energy is used for hovering or towing the load of the object being transported, it is possible to transport small energy source products regardless of their weight, providing an environment that is rather advantageous for carrying out the entire process of sowing, transplanting, and harvesting crops by drone.
상기 운반 드론(700)의 암은, 운반 드론(700)이 이동하는 도중에 하나 이상의 종자 패드(100)가 운반 드론(700)으로부터 분리되지 않은 상태로 종자 패드(100)를 이동하도록 구성된다. 상기 암은 적어도 하나의 관절, 및 적어도 2개의 링크를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 상기 암은 3관절 미만의 관절을 갖도록 구성될 수도 있다. The arm of the transport drone (700) is configured to move the seed pads (100) without the seed pads (100) being separated from the transport drone (700) while the transport drone (700) is moving. The arm includes at least one joint and at least two links. In some embodiments, the arm may be configured to have less than three joints.
또한, 상기 운반 드론(700)의 암은 전자석 유닛을 포함할 수도 있다. 상기 운반 드론(700)의 전자석 유닛은 전류가 가해지는 동안 자력을 가진다. 자력을 갖는 전자석 유닛은 종자 패드(100)가 운반 드론(700)의 암으로부터 분리되지 않고 안정적으로 운반되기 위해 상기 종자패드(100)의 영구자석과 상호작용할 수도 있다. Additionally, the arm of the transport drone (700) may include an electromagnet unit. The electromagnet unit of the transport drone (700) has a magnetic force while current is applied. The electromagnet unit having a magnetic force may interact with the permanent magnet of the seed pad (100) so that the seed pad (100) is stably transported without being separated from the arm of the transport drone (700).
상기 운반 드론(700)의 암은 하나 이상의 종자 패드(100)의 길이 보다 긴 길이를 가져, 복수의 종자 패드(100)를 운반할 수도 있다. 이 경우, 상기 운반 드론(700)의 암의 영구자석의 자력은 복수의 종자 패드(100)의 자력의 총 합 보다 더 큰 값을 가질 수도 있다. 여기서 무중력 상태의 경우 그 자력의 값이 0.1%라도 크면 된다. The arm of the above-described transport drone (700) may have a length longer than the length of one or more seed pads (100), and may thus transport a plurality of seed pads (100). In this case, the magnetic force of the permanent magnet of the arm of the above-described transport drone (700) may have a value greater than the sum of the magnetic forces of the plurality of seed pads (100). In this case, in a zero-gravity state, the value of the magnetic force may be greater even by 0.1%.
일부 실시 예들에서, 상기 전자석 유닛을 포함한, 복수의 종자 패드(100)와 탈/부착하는 링크는 단일 링크일 수도 있다. 나머지 링크, 및 관절은 상기 단일 링크가 종자 패드(100)를 보다 원활하게 내층 구조체(210)에 부착하거나, 내층 구조체(210)로부터 탈착하기 위한 자유도를 갖도록 구성될 수도 있다. In some embodiments, the link for attaching/detaching the plurality of seed pads (100), including the electromagnet unit, may be a single link. The remaining links and joints may be configured to have degrees of freedom for the single link to more smoothly attach or detach the seed pads (100) to or from the inner layer structure (210).
상기 운반 드론(700)은 종자 패드(100)를 장착할 위치에 도달할 경우, 상기 전자석 유닛에 전류를 오프(off)하여 자력을 제거한다. 그러면, 상기 종자 패드(100)가 운반 드론(700)으로부터 분리되어 해당 위치에 이동하고, 내층 구조체(210)의 표면에 있는 강자성체 물질과 반응해 결합력을 형성하여 장착될 수도 있다. When the above transport drone (700) reaches the position where the seed pad (100) is to be mounted, it turns off the current to the electromagnet unit to remove the magnetic force. Then, the seed pad (100) is separated from the transport drone (700), moves to the position, and reacts with the ferromagnetic material on the surface of the inner layer structure (210) to form a bonding force so that it can be mounted.
일부 실시 예들에서, 상기 전자석 유닛의 자력은 종자패드(100)의 영구자석과 상호작용할 경우, 종자패드(100)와 내층 구조체(210)와의 결합력 보다 더 큰 결합력을 형성 가능한 자력일 수도 있다.In some embodiments, the magnetic force of the electromagnet unit may be a magnetic force capable of forming a bonding force greater than the bonding force between the seed pad (100) and the inner layer structure (210) when interacting with the permanent magnet of the seed pad (100).
수확기가 되어 운반 드론(700)이 수확할 식물이 재배된 종자 패드(100)에 접근하여 전자석 유닛에 전류를 가할 경우, 종자패드(100)와 내층 구조체(210)와의 결합력 보다 더 큰 결합력을 종자패드(100)와 운반 드론(700)의 전자석 유닛 사이에 형성해 종자패드(100)를 내층 구조체(210)로부터 분리한다. When the harvester approaches the seed pad (100) where the plants to be harvested are grown and a current is applied to the electromagnet unit, a bonding force greater than the bonding force between the seed pad (100) and the inner layer structure (210) is formed between the seed pad (100) and the electromagnet unit of the transport drone (700), thereby separating the seed pad (100) from the inner layer structure (210).
운반 드론(700)의 전자석 유닛과 종자패드(100) 사이의 배열에 따라 단일 분리 과정에서 하나 이상의 종자패드(100)를 분리할 수도 있다. Depending on the arrangement between the electromagnet unit of the transport drone (700) and the seed pad (100), one or more seed pads (100) may be separated in a single separation process.
상기 운반 드론(700)은 지상 생육 공간에서 프로펠러의 회전 방향을 바꿔 상승 또는 하강할 수도 있다. The above transport drone (700) can also ascend or descend by changing the rotation direction of the propeller in the ground growing space.
일부 실시 예들에서, 상기 운반 드론(700)은 연속적인 상승 운동 또는 하강 운동을 위해 프로펠러를 단 1회만 회전시킬 수도 있다. 무중력 상태에서는 아주 작은 힘으로도 부착과 견인 운송을 무게와 관계없이 할 수 있다. 따라서, 무중력 상태일 경우 1회의 회전만으로도 상기 운반 드론(700)이 일정 거리를 연속적으로 이동할 수도 있다. In some embodiments, the transport drone (700) may rotate its propellers only once for continuous ascending or descending movements. In zero gravity, attachment and towing can be accomplished with very little force, regardless of weight. Therefore, in zero gravity, the transport drone (700) can continuously travel a certain distance with just one rotation.
상기 운반 드론(700)은 지상 생육 공간 상에 정지 위치하기 위해 프로펠러의 구동을 정지할 수도 있다. 상기 운반 드론(700)은 지구와 달리 정지 비행을 위한 프로펠러 구동이 요구되지 않는다. The above-mentioned transport drone (700) may stop the operation of its propellers to remain stationary on the ground growth space. Unlike on Earth, the above-mentioned transport drone (700) does not require propeller operation for stationary flight.
일부 실시 예들에서, 상기 운반 드론(700)은 몸체 또는 암에 배치된 태양광 패널을 포함할 수도 있다. 상기 운반 드론(700)은 태양광 패널을 통해 전력을 공급받을 수도 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 상기 식물 재배 장치(10)는 상기 지상 생육 공간에 배치된 운반 드론(700)의 태양광 패널에 태양광이 전파되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 차단막(400), 구조체(200)는 투명한 물질로 이루어질 수도 있다. In some embodiments, the transport drone (700) may include solar panels positioned on the body or arms. The transport drone (700) may be powered by the solar panels. Furthermore, in some embodiments, the plant cultivation device (10) may be configured to transmit sunlight to the solar panels of the transport drone (700) positioned in the above-ground growing space. For example, the shield (400) and the structure (200) may be formed of a transparent material.
별도의 내장 에너지원 없이 장착된 태양광 패널이 실시간으로 생성하는 에너지만으로 지속적으로 작업이 가능하며 760톤(200만 포기 상추)도 한번에 운반 가능하게 된다.It can operate continuously using only the energy generated in real time by the solar panels installed without a separate built-in energy source, and can transport 760 tons (2 million heads of lettuce) at once.
상기 시스템(1), 장치(10)가 본 명세서에 서술되지 않은 다른 구성요소를 포함할 수도 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 데이터 입력장치, 디스플레이 및/또는 인쇄와 같은 출력장치, 네트워크, 네트워크 인터페이스 및 프로토콜 등을 더 포함할 수 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the above system (1) and device (10) may include other components not described herein. For example, the system may further include a data input device, an output device such as a display and/or printer, a network, a network interface, and a protocol.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시 예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described above with reference to the embodiments illustrated in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations of the embodiments are possible. However, such modifications should be considered within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (17)
장치 내부에 종자의 식물 부분이 성장하는 지상 생육 공간을 형성한 구조체 - 상기 구조체는 상기 지상 생육 공간을 형성하는 내층 구조체 및 상기 내층 구조체에 이격 배치된 외층 구조체를 포함하고, 상기 내층 구조체의 일 표면 상에 하나 이상의 종자 패드를 장착 가능함;
상기 종자에 양액을 공급하는 분무기 - 상기 분무기는 상기 내층 구조체 및 외층 구조체 사이의 근권 공간에 배치됨;
상기 구조체를 커버하여 상기 지상 생육 공간을 닫힌 계로 기밀하는 차단막;
상기 지상 생육 공간에 공기를 주입하는 주입구; 및
종자에서 발아한 식물 부분에 빛을 조사하는 광원 모듈을 포함하고,
상기 주입구는 상기 내층 구조체의 표면 및 상기 외층 구조체의 표면에 각각 형성되고,
상기 지상 생육 공간의 기압이 목표 기압이 되도록 상기 공기가 주입구를 통해 주입되고,
상기 차단막은 내부 공기의 부피 변화에 반응하여 부피가 변하는 가요성 물질로 이루어진 것이고, 상기 차단막은 상기 공기가 주입되면 주입된 공기에 따른 형상 구조를 유지하는 것이고,
상기 외층 구조체에서 장치 외부를 향하는 바깥 표면은 이중 필름 사이를 연결하는 섬유 실 다발 구조를 갖는 이중 공간지를 포함하고,
상기 이중 공간지는 섬유 실 다발 사이의 잔여 공간을 포함하며,
상기 잔여 공간은 복수의 펑크패치캡슐 및 상기 외층 구조체의 주입구를 통해 주입된 공기로 충전되며,
상기 외층 구조체의 바깥 표면이 파괴될 경우 파괴 부위가 상기 복수의 펑크패치캡슐 중 적어도 일부에 의해 보완되는 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치. In an artificial gravity-based plant cultivation device installed in a place with less gravity than the Earth's gravity,
A structure forming an above-ground growing space within the device in which a vegetative portion of a seed grows, the structure comprising an inner layer structure forming the above-ground growing space and an outer layer structure spaced apart from the inner layer structure, wherein one or more seed pads can be mounted on one surface of the inner layer structure;
A sprayer for supplying nutrients to the seeds - the sprayer is placed in the root zone space between the inner layer structure and the outer layer structure;
A barrier film covering the above structure to seal the above-ground growing space into a closed system;
An inlet for injecting air into the above-ground growing space; and
Includes a light source module that irradiates light to a plant part that has germinated from a seed,
The above injection holes are formed on the surface of the inner layer structure and the surface of the outer layer structure, respectively,
The air is injected through the inlet so that the pressure of the above-mentioned ground growing space becomes the target pressure,
The above barrier is made of a flexible material whose volume changes in response to changes in the volume of the internal air, and the barrier maintains a shape structure according to the injected air when the air is injected.
In the above outer layer structure, the outer surface facing the outside of the device includes a double spacer having a fiber thread bundle structure connecting between the double films,
The above double space includes the residual space between the fiber bundles,
The above residual space is filled with air injected through a plurality of puncture patch capsules and an injection port of the outer layer structure,
Characterized in that when the outer surface of the outer layer structure is destroyed, the destroyed area is compensated for by at least a portion of the plurality of puncture patch capsules.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
상기 차단막에 형성된 결합구; 및
상기 종자 패드로부터 성장한 식물 부분에 인공 중력을 가하기 위한 회전 모듈 - 상기 회전 모듈은 상기 구조체를 회전시키도록 상기 결합구를 통해 상기 구조체와 결합되어 구성됨;을 더 포함하고,
상기 결합구는 상기 회전 모듈과 구조체가 결합된 이후에도 상기 지상 생육 공간이 기밀 처리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치. In claim 1,
a bonding hole formed in the above barrier; and
A rotation module for applying artificial gravity to a plant part grown from the seed pad, wherein the rotation module is configured to be coupled to the structure through the coupling member so as to rotate the structure;
The above-mentioned joint is characterized in that it is configured so that the above-ground growing space is sealed even after the rotation module and the structure are combined.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
미리 설정된 인공 중력을 생성하기 위해 상기 식물 재배 장치의 회전 반경에 따른 회전 각속도로 구동하도록 구성되고,
상기 미리 설정된 인공 중력 값은 지상 생육 공간의 현재 중력과 지구 중력 간의 차이인 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치. In claim 2, the rotation module,
It is configured to drive at a rotational angular velocity according to the rotational radius of the plant cultivation device to create a preset artificial gravity,
The above preset artificial gravity value is characterized by being the difference between the current gravity of the terrestrial growing space and the Earth's gravity.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
상기 구조체는,
표면이 상기 식물 재배 장치의 단면의 중심을 포함하도록 상기 내층 구조체와 결합된 가이드 구조체를 더 포함하고,
상기 광원 모듈은,
하나 이상의 광원 유닛; 및
상기 광원 유닛이 상기 가이드 구조체를 따라 이동하도록 상기 광원과 상기 가이드 구조체를 연결하는 결합 유닛을 포함하고,
상기 식물 재배 장치는,
상기 가이드 구조체에 결합된 회전 걸쇠를 더 포함하고,
상기 회전 걸쇠는 외층 구조체의 표면에 형성된 걸쇠 홈에 삽입된 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치.In claim 1,
The above structure is,
Further comprising a guide structure coupled to the inner layer structure such that the surface includes the center of the cross-section of the plant cultivation device,
The above light source module,
one or more light source units; and
A coupling unit is included that connects the light source and the guide structure so that the light source unit moves along the guide structure,
The above plant cultivation device,
Further comprising a rotating latch coupled to the above guide structure,
The above rotary latch is characterized in that it is inserted into a latch groove formed on the surface of the outer layer structure.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
종자 패드로부터 성장한 식물 부분의 높이를 측정하는, 높이 측정 장치; 및
상기 식물 부분의 주변 광 포화도를 측정하는, 광 포화도 측정 장치를 더 포함하고,
상기 광원 모듈은,
식물의 성장 높이 및 광 포화도 중 적어도 하나에 기초하여 광원의 세기 및 광원과 식물 간의 거리 중 하나 이상을 변경하는 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치.In claim 1,
A height measuring device for measuring the height of a plant part grown from a seed pad; and
Further comprising a light saturation measuring device for measuring the ambient light saturation of the above plant part,
The above light source module,
characterized in that at least one of the intensity of the light source and the distance between the light source and the plant is changed based on at least one of the growth height and light saturation of the plant.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
상기 내층 구조체의 표면은 다수의 서브 영역을 형성하는 평면 패턴을 가지고,
복수의 종자 패드 각각이 상기 다수의 서브 영역 중 일부 서브 영역에 각각 배치될 경우, 각 종자 패드 사이의 간격은 적어도 하나의 서브 영역을 포함하고,
상기 일부 서브 영역 각각에는 복수의 홈이 각각 형성되어 상기 분무기로부터 양액이 상기 종자 패드로 직접 분사되는 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치. In claim 1,
The surface of the above inner layer structure has a planar pattern forming a plurality of sub-regions,
When each of the plurality of seed pads is respectively placed in some sub-regions among the plurality of sub-regions, the interval between each seed pad includes at least one sub-region,
Each of the above sub-areas is characterized in that a plurality of grooves are formed so that the nutrient solution is directly sprayed from the sprayer to the seed pad.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
상기 종자 패드는,
지상 층에 이격 배치된 근권 층; 및
상기 지상 층과 근권 층과 결합해 두 층 사이에 수용 공간을 형성하는 패드 프래임을 포함하고,
상기 하나 이상의 종자가 상기 수용 공간에 수용되고,
상기 종자 패드는,
상기 지상 층이 상기 지상 생육 공간을 향하고 상기 근권 층이 상기 근권 공간을 향하도록 상기 내층 구조체에 장착되는 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치. In claim 1,
The above seed pad,
a root zone layer spaced apart from the ground floor; and
Includes a pad frame that is combined with the above-mentioned ground layer and the root layer to form a receiving space between the two layers,
wherein said one or more seeds are accommodated in said receiving space,
The above seed pad,
Characterized in that the above-ground layer is mounted on the inner layer structure so that it faces the above-ground growing space and the root zone layer faces the root zone space.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
상기 지상 층은 상기 근권 층 보다 높은 방수성을 갖는 물질 중에서 상기 종자의 발아력이 가해지면 표면이 적어도 부분적으로 파괴 가능한 인장 강도 특성을 갖는 물질로 이루어지고,
상기 근권 층은 상기 지상 층 보다 높은 친수성을 갖는 물질 중에서 상기 종자의 발근력이 가해지면 표면이 적어도 부분적으로 파괴 가능한 인장 강도 특성을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치. In claim 8,
The above-mentioned ground layer is made of a material having a higher water resistance than the above-mentioned root zone layer, and a material having a tensile strength characteristic that allows the surface to be at least partially destroyed when the germination power of the seed is applied.
The root zone layer is characterized in that it is made of a material having a tensile strength characteristic that allows the surface to be at least partially destroyed when the rooting force of the seed is applied among materials having a higher hydrophilicity than the ground layer.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
상기 분무기는 에어로포닉 방식으로 양액을 상기 근권 층을 통해 종자로 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치. In claim 9,
The sprayer is characterized in that it is configured to supply the nutrient solution to the seeds through the root zone layer in an aeroponic manner.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
캡슐 외피 내부의 복수의 충전재, 및 주변 공기에 노출되는 것에 반응하여 경화되는 액체 접착제를 포함하고,
상기 복수의 충전재 각각은 표면에 형성된 복수의 후크를 포함하고,
상기 캡슐 외피는 이중 공간지의 잔여 공간에 충전된 기압 보다 낮은 압력에 노출되거나 임계 충격 이상의 물리적 충격이 발생할 경우 파열되도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
인공 중력 기반 식물 재배 장치. In claim 1, each of the plurality of puncture patch capsules,
Comprising a plurality of fillers inside the capsule shell, and a liquid adhesive that hardens in response to exposure to ambient air,
Each of the plurality of fillers includes a plurality of hooks formed on the surface,
The capsule shell is characterized in that it is configured to rupture when exposed to a pressure lower than the atmospheric pressure filled in the remaining space of the double space or when a physical impact higher than the critical impact occurs.
Artificial gravity-based plant cultivation device.
프로세서를 포함한 제어 시스템 - 상기 제어 시스템은 시스템의 위치를 이동시키거나 상기 식물 재배 시스템의 구성요소의 방위(orientation)를 이동하는 제어 동작을 수행하도록 구성됨; 및
상기 주입구에 기체를 전달하는 기체 공급 시스템;을 포함하고,
상기 기체 공급 시스템은,
공기를 보관하는 기체 저장소; 및
상기 주입구로 상기 공기를 전달하는 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는,
식물 재배 시스템. In a plant cultivation system including an artificial gravity-based plant cultivation device according to any one of claims 1 to 3, 5 to 10, and 12,
A control system including a processor, wherein the control system is configured to perform a control action to move the position of the system or to move the orientation of a component of the plant cultivation system; and
A gas supply system for delivering gas to the above inlet;
The above gas supply system,
A gas reservoir that stores air; and
characterized in that it includes a pipe that delivers the air to the inlet.
Plant cultivation system.
상기 기체 저장소에 액체 상태 또는 고체 상태로 공기를 보관하고,
상기 인공 중력 기반 식물 재배 장치에 액체 상태의 공기를 주입하고 상기 지상 생육 공간의 기압이 목표 기압이 되도록 주입된 액체 상태의 공기를 팽창시키도록 구성된 것을 특징으로 하는,
식물 재배 시스템. In claim 13,
Store air in a liquid or solid state in the above gas storage,
Characterized in that it is configured to inject liquid air into the artificial gravity-based plant cultivation device and expand the injected liquid air so that the air pressure of the above-ground growing space becomes the target air pressure.
Plant cultivation system.
상기 기체 저장소 내 상전이 및 공기의 팽창은 외부 빛 에너지의 흡입량에 기초하여 수행되는 것 - 상기 기체 저장소를 제1 위치에 위치시켜 저장소 내부 온도를 감소하고, 상기 인공 중력 기반 식물 재배 장치를 제2 위치에 위치시켜 장치 내부 온도를 증가시키며, 상기 제1 위치는 외부 빛 에너지를 받는 면의 반대 편에 있고, 상기 제2 위치는 외부 빛 에너지를 받는 면에 있는 것을 특징으로 하는,
식물 재배 시스템. In claim 14,
The phase transition and expansion of air within the gas storage are performed based on the amount of external light energy absorbed - the gas storage is positioned at a first position to decrease the temperature inside the storage, and the artificial gravity-based plant cultivation device is positioned at a second position to increase the temperature inside the device, characterized in that the first position is on the opposite side of the surface receiving external light energy, and the second position is on the surface receiving external light energy.
Plant cultivation system.
외부 빛 에너지의 흡입을 이용하기 위해 상기 기체 저장소 및 인공 중력 기반 식물 재배 장치 중 하나 이상의 구성의 표면 각도 및 고도 중 적어도 하나를 제어하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는,
식물 재배 시스템. In claim 14,
characterized in that it is further configured to control at least one of the surface angle and the elevation of one or more of the components of the gas storage and the artificial gravity-based plant cultivation device to utilize the absorption of external light energy.
Plant cultivation system.
상기 하나 이상의 구성의 표면 각도 및 고도 중 적어도 하나를 제어하는 동작은 행성의 궤도 구간 중 일부 구간에서 수행되는 것이고,
상기 일부 구간은 항성으로부터 해당 항성계에 속한 상기 행성을 향하는 빛 에너지 벡터와 상기 식물 재배 시스템의 궤도 평면 사이의 최소 각(β) 및 상기 식물 재배 시스템의 상기 행성으로부터의 고도(h) 중 적어도 하나에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는,
식물 재배 시스템.
In claim 16,
The operation of controlling at least one of the surface angle and altitude of the one or more configurations is performed during some of the orbital sections of the planet,
The above-mentioned partial section is characterized in that it is set based on at least one of the minimum angle (β) between the light energy vector from the star toward the planet belonging to the star system and the orbital plane of the plant cultivation system and the altitude (h) of the plant cultivation system from the planet.
Plant cultivation system.
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