2013 Fiscal Year Research-status Report
葉の振動計測による植物の水ストレスの評価に関する研究
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25450387
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Toin University of Yokohama |
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Principal Investigator |
佐野 元昭 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 教授 (90206003)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 恒美 桐蔭横浜大学, 工学部, 教授 (80257427)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 植物の水ストレス / ハイスピードカメラ / 減衰振動 / 固有振動数 / 葉のしおれ / 非侵襲 / 超節水 / 植物工場 |
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| Research Abstract |
我々は、植物の水ストレスを葉の振動特性から推定するための研究を行っており、今までに、植物が水ストレスを受けると葉の固有振動数が大きく減少することを見出している。しかしこれは、レーザ変位計による1点の計測であったため、葉全体の振動の様子を見ることはできなかった。そこで本研究では、高速度カメラ（HAS-L1M）を購入し、葉の振動特性を複数の点で同時測定することを試みた。
今回の実験では、鉢植えの小松菜を用い、その葉にパルス的な力を加え、その減衰振動の様子を、高速度カメラによって500fps（シャッタースピード1/1000s）で撮影した。そして、その映像を付属の運動解析ソフト（Dipp-Motion）に取り込み、葉面上に複数の注目点を設定して、それを追跡することにより振動変位を求めた。次いで、その振動変位データをScilabに取り込み、FFTによってパワースペクトルを求めた。これにより、葉の複数の点における振動特性を同時に計測することが可能になり、葉の振動モードの解析などを行う準備が整った。
そこで、葉の振動を、茎や葉柄による葉全体の振動と、葉自体のたわみ振動などに分解することを考えて、葉の中心、先端、葉柄付近、左端、右端の計5箇所について振動解析を行なってみた。その結果、5箇所の注目点の振動特性を同時に計測することは可能になった。しかし、今回の実験セットアップでは、葉全体の振動が主で、葉自体のたわみ振動は僅かであることが分かった。
この理由として、今回計測に用いた小松菜は、老成した堅い葉であったことと、加振法として、パラメトリックスピーカによる音響放射圧を利用したので、葉の押し方が均一になってしまったことが考えられる。すなわち、葉のたわみ振動を計測する際は、若くやわらかな葉を選ぶとともに、音響放射圧が局所的に加わるよう、加振方法を改良する必要があることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高速度カメラを用いて、１枚の葉における複数の点の振動変位を同時計測し、各点の振動変位のパワースペクトルを求めることはできたので、当初のマイルストーンは達成した。ただし、今回の計測では、将来の自動計測を考えて、葉の加振方法を当初予定したエアガンからパラメトリックスピーカの音響放射圧に変更しているが、現状の装置では、葉が全体的に押されてしまい、その結果、観測される葉の振動モードは、葉全体が大きく揺れるものが主になり、葉自体のたわみ振動はあまり計測できなかった。したがって、これの改善が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状のパラメトリックスピーカでは、葉全体を一様に揺らしてしまい、葉自体のたわみ振動が現れにくい。そこで、パラメトリックスピーカを改良して、放射された超音波を葉面上で焦点を結ぶように収束させ、音響放射圧が局所的に加わるようにしたいと考えている。これにより、葉自体のたわみ振動なども計測可能になると考えられる。
次のステップとして、植物が水ストレスを感じはじめたときに、葉の振動にどのような変化が現れるのかを計測する必要があるが、それには計測を長期間継続的に行う必要がある。すなわち、現在手動で行っている計測を、少なくとも加振および高速度映像の取得については自動化する必要がある。しかし、現状の計測ソフトには自動計測の機能がないことが分かったので、開発業者の（株）ディテクトに、対応を依頼する予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
勤務期間等の関係で、人件費が当初見積りより低くなったことが大きな要因である。
次年度の人件費または消耗品費に補填する予定である。
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