2023 Fiscal Year Annual Research Report

Plant growth instability originated from disturbance of circadian rhythm and optimization of nonparametric cultivation environment

Research Project

Project/Area Number	20H00423
Research Institution	Osaka Metropolitan University
Principal Investigator	福田弘和大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (90405358)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	徳田功立命館大学, 理工学部, 教授 (00261389) 永野惇龍谷大学, 農学部, 教授 (00619877) 峰野博史静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (40359740) 高山弘太郎豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40380266) 谷垣悠介県立広島大学, 生物資源科学部, 講師 (80757154)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	植物工場 / オミクス / 不安定性 / 栽培環境最適化 / フェノタイピング
Outline of Annual Research Achievements	植物生産システムの高度自動化における生体内のノイズ増幅・不安定性を解明し、自動制御における安定性の確立を目指した。本研究は、（A）新規技術の確立（ノンパラメトリック栽培環境最適化による不安定性の低減技術）、（B）数理・情報学的基盤の確立（多重周期性と不安定性の数理モデル）、（C）生理学的機序の解明（生育不安定性の生理学的機序解明）、の３つの項目から構成される。 2023年度の実績は次の通りである。（A）人工光植物工場（レタス日産6000株）における改良型の生産フロー数理モデルに、概日リズムの撹乱による生育不安定性理論を組込むための理論考察（cooperative field理論と、その発展形であるCUBEの開発）を行った。特に、下記の学術的「問い」の解決を目指し理論構築を行った。①植物の生育は、ノンパラメトリックな撹乱により、なぜ不安定化するのか？②時系列生育データの基準となる「多重周期性」はどのように定式化されるべきか？③実際の生産現場において、どの程度、生育不安定が生じているのか？④生育不安定性を低減できる「ノンパラメトリック栽培環境最適化」とは何か？また、（B）実装を想定したVR操作型ロボットのコンセプト設計を行った。（C）ROSと概日時計の関係について文献調査ならびに機序モデルの考案を行った。さらに、「概日時計の応答性に関する基本理論（Nature Commun.,2021）」から、当初は想定していなかった革新的な技術基盤の着想「VR技術を用いた複雑環境制御(CUBE)」を得ており、その基礎コンセプトをUnreal engineを用いて確立した。さらに、VR上で概日時計を数値シミュレーションすることに成功している。
Research Progress Status	令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和5年度が最終年度であるため、記入しない。