特許法第３０条第２項適用 ・刊行物：２０２２年度日本建築学会大会（北海道） 学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集 発行日：２０２２年（令和４年）７月２０日 ・集会名：２０２２年度日本建築学会大会（北海道） 開催日：２０２２年（令和４年）９月５日～８日Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies. Publication: 2022 Annual Meeting of the Architectural Institute of Japan (Hokkaido) Abstracts of Academic Lectures and Abstracts of Architectural Design Presentations. Publication date: July 20, 2022 (Reiwa 4). Meeting name: 2022 Annual Meeting of the Architectural Institute of Japan (Hokkaido). Held on: September 5-8, 2022 (Reiwa 4).
本発明は、ＲＦＩＤタグおよび植物用のパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーに関する。The present invention relates to RFID tags and passive RFID tag sensors for plants.
閉鎖空間となる植物栽培ハウス内での植物の栽培が行われるような植物工場においては、従来、植物の生育を良好にするために、植物栽培ハウス内の光、温度、湿度などの状態を、植物の栽培に適した雰囲気に管理することが行われている（例えば、特許文献１、２、３、および４参照）。植物工場では、環境温度や環境湿度等の情報が、植物工場内に設置した各種センサーで計測され、制御部に送られて、植物の生育に好適な値となるように、エアコンや気流を発生するファンが制御されている。In plant factories where plants are grown in a closed space, the light, temperature, humidity, and other conditions in the plant cultivation house have traditionally been controlled to create an atmosphere suitable for plant cultivation in order to promote good plant growth (see, for example, Patent Documents 1, 2, 3, and 4). In plant factories, information on the environmental temperature, humidity, and other factors is measured by various sensors installed in the plant factory and sent to a control unit, which controls the air conditioner and fans that generate airflow so that the values are suitable for plant growth.
このような閉鎖空間での植物栽培において、植物の生育を最適化するために、これまで用いられてきたのは、植物栽培ハウス内の環境に関する環境温度や環境湿度といった情報であり、植物の生育における動的な挙動や、植物自体の乾湿状態を検知するものではなかった。When cultivating plants in such closed spaces, the only information that has been used to optimize plant growth so far has been information about the environment inside the plant cultivation greenhouse, such as the ambient temperature and humidity, but this has not detected the dynamic behavior of plant growth or the wet/dry state of the plants themselves.
閉鎖空間型の植物工場内の植物栽培においては、植物栽培ハウス内の温度、湿度などの状態を、ほぼ均一に管理することが可能であり、その場合には、環境温度や環境湿度等の情報に基づいた植物栽培ハウス内の雰囲気の管理によって、植物の生育に好適な環境の制御が可能である。これに対して、開放空間型の植物工場の場合には、温度、湿度などの状態は均一ではなく、また、開放空間で計測した環境温度や環境湿度等の情報が、植物自体の状態を反映していない場合がある。植物工場ばかりではなく、開放空間で自然環境に晒されている植物の状態を検知するためには、植物自体の温度や乾湿状態に係るパラメータを計測することが必要となる。When cultivating plants in a closed-space plant factory, it is possible to control the temperature, humidity, and other conditions inside the plant cultivation house almost uniformly. In such cases, it is possible to control the environment suitable for plant growth by managing the atmosphere inside the plant cultivation house based on information on the environmental temperature and humidity. In contrast, in an open-space plant factory, the temperature, humidity, and other conditions are not uniform, and information on the environmental temperature, humidity, and other conditions measured in the open space may not reflect the condition of the plants themselves. In order to detect the condition of plants exposed to the natural environment in an open space, not just in plant factories, it is necessary to measure parameters related to the temperature and wet/dry state of the plants themselves.
このような開放空間での植物の状態のセンシングをフィールドで行う場合に課題となるのが、センサー用の電源やリード線、およびデータ取得のために設置する機器類であるが、フィールドワークにおいては制約があることが多い。このため、フィールドでセンシングを行うことを可能とするような、電源の必要のないパッシブ型センサーによるワイヤレスセンシング法が必要となる。When sensing the condition of plants in such open spaces in the field, the challenges are the power supply and lead wires for the sensors, and the equipment to be installed for data acquisition, but there are often constraints in fieldwork. For this reason, there is a need for a wireless sensing method using passive sensors that do not require a power source, which would enable sensing in the field.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、植物の生育中の動的挙動や植物自体の温度や乾湿状態に係るパラメータをワイヤレスで計測することができる、ＲＦＩＤタグおよび植物用のパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーを提供することを目的とする。The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide an RFID tag and a passive RFID tag sensor for plants that can wirelessly measure parameters related to the dynamic behavior of plants during growth, as well as the temperature and wet/dry state of the plants themselves.
植物は、重力や光などの外部刺激によって、屈曲や伸長する方向を絶えず変化させながら成長している。屈性には、刺激の来る方向へ向かう正の屈性と、刺激の来る方向から遠ざかる負の屈性とがある。重力屈性は、重力によって引き起こされる屈性で、植物の茎は重力とは逆向きの方向に屈曲する負の重力屈性を示す。光屈性は、光によって引き起こされる屈性で、植物の茎や葉は、光の方向へ屈曲する光屈性を示す。Plants grow by constantly changing the direction in which they bend and grow in response to external stimuli such as gravity and light. There are two types of tropism: positive tropism, which moves towards the direction of the stimulus, and negative tropism, which moves away from the direction of the stimulus. Gravitropism is tropism caused by gravity, and plant stems exhibit negative gravitropism, bending in the opposite direction to gravity. Phototropism is tropism caused by light, and plant stems and leaves exhibit phototropism, bending towards the light.
植物体のセンシングのためには、上記のような植物の動的挙動を阻害しないようなセンシング手法が必要となる。センサーへの電力供給やデータ取得のためのリード線等は、植物への束縛因子となってしまう。このため、小型軽量のパッシブ型無線給電で動作するパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーを用いたワイヤレスセンシングが有効な手段となる。Sensing plants requires a sensing method that does not impede the dynamic behavior of plants as described above. Wires for powering the sensor and acquiring data are restrictive factors for the plant. For this reason, wireless sensing using small, lightweight passive RFID tag sensors that operate with passive wireless power supply is an effective method.
第１の本発明に係るＲＦＩＤタグは、環状の開口を有する導体パターンと、前記開口の近傍で、前記導体パターンと電気的に接続されたＩＣチップを有するインピーダンス整合部と、前記インピーダンス整合部から第１方向および第２方向に延伸する放射導体からなるアンテナ部と、前記アンテナ部に結合した、貫通孔を有する複数の中空リングとを備え、前記中空リング内に植物体を保持可能であり、前記中空リング内を前記植物体が動けるよう構成されていることを特徴とする。The RFID tag according to the first aspect of the present invention is characterized in that it comprises a conductor pattern having an annular opening, an impedance matching section having an IC chip electrically connected to the conductor pattern near the opening, an antenna section consisting of a radiating conductor extending from the impedance matching section in a first direction and a second direction, and a plurality of hollow rings having through holes connected to the antenna section, and is configured to hold a plant body within the hollow ring and to allow the plant body to move within the hollow ring.
第２の本発明に係るＲＦＩＤタグは、絶縁フィルムと、前記絶縁フィルムの表面に設けられ、環状の開口を有する導体パターンと、前記開口の近傍で、前記導体パターンと電気的に接続されたＩＣチップを有するインピーダンス整合部と、前記インピーダンス整合部から第１方向および第２方向に延伸しており、前記絶縁フィルムを介して連結されている複数の放射導体小片から成るアンテナ部とを備え、植物体に装着したとき、前記絶縁フィルムの伸縮によって、前記植物体が動けるよう構成されていることを特徴とする。The RFID tag according to the second aspect of the present invention comprises an insulating film, a conductor pattern provided on the surface of the insulating film and having an annular opening, an impedance matching section having an IC chip electrically connected to the conductor pattern in the vicinity of the opening, and an antenna section extending from the impedance matching section in a first direction and a second direction and consisting of a plurality of small radiating conductor pieces connected via the insulating film, and is configured such that when attached to a plant body, the expansion and contraction of the insulating film allows the plant body to move.
第１および第２の本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記放射導体および各放射導体小片の幅が、０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。In the RFID tags according to the first and second aspects of the present invention, it is preferable that the width of the radiating conductor and each radiating conductor piece is 0.01 mm or more and 2 mm or less.
第１の本発明に係るＲＦＩＤタグは、２個以上の前記中空リングが、前記アンテナ部に結合していることが好ましい。In the first RFID tag according to the present invention, it is preferable that two or more of the hollow rings are connected to the antenna portion.
第２の本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記アンテナ部が、前記絶縁フィルムを介して連結されている４個以上の前記放射導体小片から成ることが好ましい。In the second RFID tag according to the present invention, the antenna portion preferably consists of four or more of the radiating conductor pieces connected via the insulating film.
第２の本発明に係るＲＦＩＤタグは、前記絶縁フィルムの厚さが、０．０１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。In the RFID tag according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the thickness of the insulating film is 0.01 μm or more and 1000 μm or less.
第１の本発明に係る植物用のパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーは、第１の本発明に係るＲＦＩＤタグを有し、前記インピーダンス整合部の前記ＩＣチップからの温度コードによって、前記中空リング内に保持された前記植物体の温度を検知可能、および／または、前記インピーダンス整合部の前記ＩＣチップからのセンサーコードＳによって、前記中空リング内に保持された前記植物体の乾湿状態を検知可能、および／または、前記インピーダンス整合部の前記ＩＣチップからのＲＳＳＩの値によって、前記中空リング内に保持された前記植物体の動きを検知可能に設けられていることを特徴とする。The passive RFID tag sensor for plants according to the first aspect of the present invention has an RFID tag according to the first aspect of the present invention, and is characterized in that it is capable of detecting the temperature of the plant body held in the hollow ring by a temperature code from the IC chip of the impedance matching unit, and/or is capable of detecting the wet/dry state of the plant body held in the hollow ring by a sensor code S from the IC chip of the impedance matching unit, and/or is capable of detecting the movement of the plant body held in the hollow ring by an RSSI value from the IC chip of the impedance matching unit.
第２の本発明に係る植物用のパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーは、第２の本発明に係るＲＦＩＤタグを有し、前記インピーダンス整合部の前記ＩＣチップからの温度コードによって、装着した前記植物体の温度を検知可能、および／または、前記インピーダンス整合部の前記ＩＣチップからのセンサーコードＳによって、装着した前記植物体の乾湿状態を検知可能、および／または、前記インピーダンス整合部の前記ＩＣチップからのＲＳＳＩの値によって、装着した前記植物体の動きを検知可能に設けられていることを特徴とする。The passive RFID tag sensor for plants according to the second aspect of the present invention has an RFID tag according to the second aspect of the present invention, and is characterized in that it is capable of detecting the temperature of the attached plant body by a temperature code from the IC chip of the impedance matching unit, and/or is capable of detecting the wet/dry state of the attached plant body by a sensor code S from the IC chip of the impedance matching unit, and/or is capable of detecting the movement of the attached plant body by the RSSI value from the IC chip of the impedance matching unit.
本発明によれば、植物の生育中の動的挙動や植物自体の温度や乾湿状態に係るパラメータをワイヤレスで計測することができる、ＲＦＩＤタグおよび植物用のパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーを提供することができる。The present invention provides an RFID tag and a passive RFID tag sensor for plants that can wirelessly measure parameters related to the dynamic behavior of plants during growth, as well as the temperature and wet/dry state of the plants themselves.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。理解の容易のため、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向、ならびに、同一および等しいなどの用語には、実施形態の作用及び効果を損なわない程度のずれが許容される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In the following embodiments, identical or common parts are given the same reference numerals, and their description will not be repeated. For ease of understanding, the scale of each part in the drawings may differ from the actual scale. Directions such as parallel, right angle, orthogonal, horizontal, vertical, up/down, left/right, and terms such as same and equal are permitted to have deviations that do not impair the function and effect of the embodiment. The X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction respectively represent directions parallel to the X-axis, Y-axis, and Z-axis. The X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction are mutually perpendicular.
本発明の実施の形態のＲＦＩＤタグは、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグの構成要素である、ＩＣチップを有するインピーダンス整合部と、アンテナ部とを備え、さらにＲＦＩＤタグは、植物に装着した場合に、植物の動的挙動を阻害しないような構造を有している。
次に、上記のＲＦＩＤタグの各要素を詳述する。 The RFID tag of the embodiment of the present invention comprises an impedance matching section having an IC chip, which are components of a UHF band RFID tag, and an antenna section, and further the RFID tag has a structure that does not interfere with the dynamic behavior of a plant when attached to the plant.
Next, each element of the RFID tag will be described in detail.
［ＲＦＩＤタグの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１の平面図及び断面図を示す。ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１は、環状の開口を有する導体パターン１１に、ＩＣチップ２０が接続されたインピーダンス整合部１０と、インピーダンス整合部１０から第１方向および第２方向に延伸する放射導体からなるアンテナ部１２と、アンテナ部１２に結合した貫通孔を有する複数の中空リング３０とを備え、中空リング３０内に植物体を保持することができ、中空リング３０内を植物体が動ける構造となっている。[Configuration of RFID tag]
1 shows a plan view and a cross-sectional view of an RFID tag (shape A) 101 according to a first embodiment of the present invention. The RFID tag (shape A) 101 includes an impedance matching section 10 in which an IC chip 20 is connected to a conductor pattern 11 having a ring-shaped opening, an antenna section 12 made of a radiation conductor extending in a first direction and a second direction from the impedance matching section 10, and a plurality of hollow rings 30 having through holes connected to the antenna section 12. The plant body can be held within the hollow ring 30, and the plant body can move within the hollow ring 30.
図１のＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１では、６個の中空リング３０が示されているが、中空リング３０の数、大きさ、および幅は、ＲＦＩＤタグ１０１を装着する植物体の形体にあわせたものであればよく、限定されない。また、中空リング３０の形状も、真円である必要はなく、装着する植物体の形体にあわせたものであればよく、楕円や多角形を含む様々な形状が適用でき、限定されない。In the RFID tag (shape A) 101 in FIG. 1, six hollow rings 30 are shown, but the number, size, and width of the hollow rings 30 are not limited as long as they match the shape of the plant body to which the RFID tag 101 is attached. The shape of the hollow rings 30 does not need to be a perfect circle, and can be any shape that matches the shape of the plant body to which it is attached, including an ellipse or polygon, and is not limited.
図１のＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１で示される中空リング３０は、閉じたリング状構造となっているが、中空リング３０内に植物を保持し、植物体が動ける構造であればよく、植物体に装着するために開閉や変形が可能な切り欠きを有する中空構造や、植物体に装着した後に張り合わせて中空構造となるようなものでもよく、限定されない。The hollow ring 30 shown in the RFID tag (shape A) 101 in Figure 1 has a closed ring-shaped structure, but it is not limited to this as long as it can hold a plant within the hollow ring 30 and allow the plant body to move, and it may be a hollow structure with a notch that can be opened, closed, or deformed in order to be attached to the plant body, or a hollow structure that is attached to the plant body and then glued together.
図１の導体パターン１１の開口の形状は、Ｘ軸方向に平行な一対の長辺と、Ｙ軸方向に平行な一対の短辺とを有する略四辺形となっている。しかし、開口の形状は、図１の形態に限られず、例えば、Ｘ軸方向に平行な一対の短辺と、Ｙ軸方向に平行な一対の長辺とを有する略四辺形でもよい。略四辺形には、完全な四辺形が含まれてもよい。“略”とは、角又は辺が丸みを帯びていることを表す。四辺形には、長方形、ひし形、平行四辺形、正方形が含まれてもよい。開口の形状は、四辺形以外の多角形、円形、楕円形でもよい。The shape of the opening of the conductor pattern 11 in FIG. 1 is an approximate quadrilateral having a pair of long sides parallel to the X-axis direction and a pair of short sides parallel to the Y-axis direction. However, the shape of the opening is not limited to the form in FIG. 1, and may be, for example, an approximate quadrilateral having a pair of short sides parallel to the X-axis direction and a pair of long sides parallel to the Y-axis direction. An approximate quadrilateral may include a perfect quadrilateral. "Approximately" means that the corners or sides are rounded. A quadrilateral may include a rectangle, a rhombus, a parallelogram, and a square. The shape of the opening may be a polygon other than a quadrilateral, a circle, or an ellipse.
ＲＦＩＤタグを貼り付けた植物体が動ける構造としては、図２に示す本発明の実施の形態２に係わるＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の構造も考えられる。ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２のアンテナ部１２は、絶縁フィルム３１を介して接続されている複数の放射導体小片１３から成り、絶縁フィルム３１の伸縮によって、ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を貼り付けた植物体が動ける構造となっている。As a structure that allows the plant body to move with an RFID tag attached, the structure of the RFID tag (shape B) 102 according to the second embodiment of the present invention shown in Figure 2 is also conceivable. The antenna section 12 of the RFID tag (shape B) 102 is made up of multiple radiating conductor pieces 13 connected via an insulating film 31, and the structure allows the plant body to move with the RFID tag (shape B) 102 attached due to the expansion and contraction of the insulating film 31.
図１の導体パターン１１およびアンテナ部１２の材質は、特に限定はされないが、導電性を有する導体から形成され、例えば、アルミニウム、銅、金、白金、銀、ニッケル、クロム、亜鉛、鉛、タングステン、鉄等の金属であってもよい。導体パターン１１およびアンテナ部１２の材質は、図１（ｂ）に示すように、酸化スズもしくはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等の金属酸化物層、金、銀もしくは銅等の金属ナノワイヤーを用いた導電層、および樹脂に金属粉や導電性カーボン材料を混合した導電性樹脂混合物や導電性樹脂層が、絶縁膜１４上に形成されたものであってもよい。導体パターン１１およびアンテナ部１２の導体部の厚さは、柔軟性、強度の観点から、０．０１～１０００μｍが好ましく、１～１００μｍがより好ましい。The material of the conductor pattern 11 and the antenna section 12 in FIG. 1 is not particularly limited, but may be a conductive conductor, such as aluminum, copper, gold, platinum, silver, nickel, chromium, zinc, lead, tungsten, iron, or other metal. The material of the conductor pattern 11 and the antenna section 12 may be a metal oxide layer such as tin oxide or ITO (indium tin oxide), a conductive layer using metal nanowires such as gold, silver, or copper, and a conductive resin mixture or conductive resin layer formed on the insulating film 14 by mixing metal powder or a conductive carbon material with resin, as shown in FIG. 1(b). The thickness of the conductor section of the conductor pattern 11 and the antenna section 12 is preferably 0.01 to 1000 μm, more preferably 1 to 100 μm, from the viewpoints of flexibility and strength.
図１（ｂ）に示す絶縁膜１４の材質は、特に限定はされないが、例えば、ウレタン系エラストマー、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、シリコーン系エラストマー、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ素化樹脂共重合体、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエステルスルフォン、ポリエーテルイミド、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリアセタール等の樹脂基材や、紙基材等、紙フェノール基材、紙エポキシ基材、ガラスコンポジット基材、ガラスエポキシ基材等の複合基材等が挙げられるThe material of the insulating film 14 shown in FIG. 1(b) is not particularly limited, but examples thereof include resin substrates such as urethane-based elastomers, styrene-based elastomers, vinyl chloride-based elastomers, polyester-based elastomers, silicone-based elastomers, polyurethane (PU), polyethylene terephthalate (PET), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorinated resin copolymers, triacetyl cellulose (TAC), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyarylate, polysulfone, polyester sulfone, polyetherimide, cyclic polyolefin, brominated phenoxy resin, norbornene resin, cycloolefin polymer, cycloolefin copolymer, polyacetal, and composite substrates such as paper substrates, paper phenol substrates, paper epoxy substrates, glass composite substrates, and glass epoxy substrates.
図３は、本発明の実施の形態１および２に関し、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグの特性の測定方法を示す概念図である。測定装置７０は、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１と、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１のアンテナ７２とを有する。通信距離ＣＬは、アンテナ７２の表面と植物体４０に装着したＲＦＩＤタグ７３のＩＣチップ２０との間の距離として計測される。植物体４０は、植物体４０の茎の直径よりやや大きめの小穴を有したサンプル管スクリューキャップ７５の小穴を通して、水を満たしたサンプル管瓶７４に差し込まれ、サンプル管スクリューキャップ７５の小穴からサンプル管瓶７４の間の植物体４０の茎を取り巻き、サンプル管スクリューキャップ７５の小穴からの漏水を防ぐよう設けられた水耕栽培用スポンジ７６によって保持される。Figure 3 is a conceptual diagram showing a method for measuring the characteristics of a UHF RFID tag in accordance with the first and second embodiments of the present invention. The measuring device 70 has an RFID reader/writer 71 and an antenna 72 for the RFID reader/writer 71. The communication distance CL is measured as the distance between the surface of the antenna 72 and the IC chip 20 of the RFID tag 73 attached to the plant body 40. The plant body 40 is inserted into a sample tube bottle 74 filled with water through a small hole in a sample tube screw cap 75 having a small hole slightly larger than the diameter of the stem of the plant body 40, and is held by a hydroponic sponge 76 that surrounds the stem of the plant body 40 between the small hole in the sample tube screw cap 75 and the sample tube bottle 74 and is provided to prevent water leakage from the small hole in the sample tube screw cap 75.
本発明の実施の形態１および２のＲＦＩＤタグ１０１、１０２が適用可能な植物体４０の種類は、特に限定はされないが、ここでは、エンドウの芽生えである豆苗を用いて、ＲＦＩＤタグ１０１、１０２の特性について述べる。The type of plant body 40 to which the RFID tags 101 and 102 of the first and second embodiments of the present invention can be applied is not particularly limited, but here, the characteristics of the RFID tags 101 and 102 will be described using bean seedlings, which are the sprouts of peas.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）；植物体の重力屈性の測定］
図４は、本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１の、植物体４０に装着した使用状態の（ａ）重力屈性前、（ｂ）重力屈性前拡大図、及び（ｃ）重力屈性後における形状を示す模式図である。ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１の中空リング３０によって、植物体４０の茎を保持し、図４（ｂ）で示すように、植物体４０の茎の先端部と、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１のアンテナ部１２の片端とを、サージカルテープ３２（厚さ８μｍ）を巻きつけて固定した。これによって、植物体４０の屈曲や伸長成長によって、植物体４０の茎は中空リング３０の内部を動くことができる。[RFID tag (shape A); measurement of gravitropism of plant body]
4A and 4B are schematic diagrams showing the shape of the RFID tag (shape A) 101 according to the first embodiment of the present invention when attached to a plant 40, in (a) before gravitropism, (b) an enlarged view of the RFID tag before gravitropism, and (c) after gravitropism. The stem of the plant 40 is held by the hollow ring 30 of the RFID tag (shape A) 101, and as shown in FIG. 4B, the tip of the stem of the plant 40 and one end of the antenna part 12 of the RFID tag (shape A) 101 are fixed by wrapping surgical tape 32 (thickness 8 μm). This allows the stem of the plant 40 to move inside the hollow ring 30 as the plant 40 bends and grows.
図４（ａ）の状態にあった植物体４０は、重力とは逆向きの方向に屈曲する負の重力屈性および伸長成長によって、図４（ｃ）で示すような、屈曲した形状となった。ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１は、植物体４０の屈曲や伸長成長に追従して屈曲および移動でき、植物体４０の近傍に設置したＩＣチップ２０の情報を、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１に送信する。The plant body 40, which was in the state shown in FIG. 4(a), has become bent as shown in FIG. 4(c) due to negative gravitropism, which bends in the direction opposite to gravity, and elongation growth. The RFID tag (shape A) 101 can bend and move in accordance with the bending and elongation growth of the plant body 40, and transmits information from the IC chip 20 installed near the plant body 40 to the RFID reader/writer 71.
図５は、本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１に関し、植物体４０の重力屈性における垂直方向変位および変位速度の時間変化を示すグラフである。重力屈性の観測は、空調室に設置した暗箱内で行った。植物体（エンドウの芽生えである豆苗）４０の茎の重力屈性を、暗箱中でタイムラプスカメラによって撮影し、その映像における植物体４０の茎の先端部付近の動きを、動作解析ソフトによって軌跡解析することで、垂直方向変位および変位速度の時間変化を求めた。Figure 5 is a graph showing the time change in vertical displacement and displacement speed in the gravitropism of a plant body 40 for an RFID tag (shape A) 101 according to embodiment 1 of the present invention. Gravitropism was observed in a dark box installed in an air-conditioned room. The gravitropism of the stem of a plant body (a pea seedling, a pea sprout) 40 was photographed in the dark box with a time-lapse camera, and the movement near the tip of the stem of the plant body 40 in the image was analyzed by trajectory analysis using motion analysis software to determine the time change in vertical displacement and displacement speed.
図５（ａ）の垂直方向変位においては、１５０分付近までの増加傾向を示し、それ以降は若干の減少はあるものの、ほぼ一定となっている。これは、植物体４０の重力屈性は、略１５０分の時点で完了していることを示す。図５（ｂ）の変位速度においては、８０分前後のところでピークを示しており、それ以降は減少して０に近い値となっている。ここで、図５（ｂ）で示す変位速度は、垂直方向変位に加えて水平方向変位も含む値としている。The vertical displacement in Figure 5(a) shows an increasing tendency up to about 150 minutes, after which it decreases slightly but remains almost constant. This indicates that gravitropism of the plant body 40 is completed at approximately 150 minutes. The displacement speed in Figure 5(b) shows a peak at around 80 minutes, after which it decreases to a value close to zero. Here, the displacement speed shown in Figure 5(b) includes horizontal displacement in addition to vertical displacement.
図６は、本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０の重力屈性における、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１により得られた（ａ）温度、（ｂ）センサーコードＳ、（ｃ）リーダーＲＳＳＩ，及び（ｄ）オンチップＲＳＳＩの時間変化を示すグラフである。或る種のＩＣチップ（例えば、ＩＣチップ２０）は、温度計測機能を有しており、ＩＣチップにより計測された温度は、温度コードとしてＲＦＩＤリーダ・ライタ７１に送信される。温度コード、ＩＣ固有のパラメータ、および換算式とから、図６（ａ）の温度を得た。Figure 6 is a graph showing the time changes in (a) temperature, (b) sensor code S, (c) reader RSSI, and (d) on-chip RSSI obtained by the RFID tag (shape A) 101 during gravitropism of a plant body 40 equipped with an RFID tag (shape A) 101 according to embodiment 1 of the present invention. A certain type of IC chip (e.g., IC chip 20) has a temperature measurement function, and the temperature measured by the IC chip is transmitted to the RFID reader/writer 71 as a temperature code. The temperature in Figure 6(a) was obtained from the temperature code, IC-specific parameters, and a conversion formula.
センサーコードＳは、ＵＨＦ入力で観測したＲＦＩＤタグ１０１のインピーダンスに関わる値である。ＲＦＩＤタグ１０１のインピーダンス整合部１０は、ＩＣチップ２０と略四辺形の開口を有する導体パターン１１とからなるループ回路を形成しており、開口の形状や大きさ等を調整して、複素インピーダンスの虚部（リアクタンス）を制御することで、アンテナ部１２とＩＣチップ２０との間での信号の入出力におけるインピーダンス整合を担っている。インピーダンス整合部１０のインピーダンス値は、周囲環境の影響を受け変動するが、或る種のＩＣチップ（ＩＣチップ２０）は、ＩＣが信号を受信するのに最適なインピーダンス値にオートチューニングする機能を有しており、インピーダンスのオートチューニングに係る値を、センサーコードＳとして、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１に送信する。The sensor code S is a value related to the impedance of the RFID tag 101 observed by the UHF input. The impedance matching unit 10 of the RFID tag 101 forms a loop circuit consisting of the IC chip 20 and a conductor pattern 11 having a substantially rectangular opening, and adjusts the shape and size of the opening to control the imaginary part (reactance) of the complex impedance, thereby performing impedance matching for the input and output of signals between the antenna unit 12 and the IC chip 20. The impedance value of the impedance matching unit 10 varies depending on the surrounding environment, but some IC chips (IC chip 20) have a function of auto-tuning to an optimal impedance value for the IC to receive signals, and transmits the value related to the impedance auto-tuning to the RFID reader/writer 71 as the sensor code S.
センサーコードＳの値は、ＲＦＩＤタグ１０１のインピーダンス整合部１０がフリースペース（空気中）にある場合には、２５０前後の値であり、インピーダンス整合部１０が、誘電率の大きな水分を多量に含む物質に接触した場合には減少し、水滴等に接触した場合には、１０前後の値となる。The value of the sensor code S is around 250 when the impedance matching section 10 of the RFID tag 101 is in free space (in the air), decreases when the impedance matching section 10 comes into contact with a substance that has a large dielectric constant and contains a large amount of moisture, and when it comes into contact with water droplets, etc., the value becomes around 10.
リーダーＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）は、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１がＲＦＩＤタグ１０１から受信している電力に関わる値であり、オンチップＲＳＳＩは、ＲＦＩＤタグ１０１がＲＦＩＤリーダ・ライタ７１から受信している電力に関わる値である。これらの値は、インピーダンス整合部１０とＩＣチップ２０の内部インピーダンスとの値が同等であるようなインピーダンス整合が取れている条件下ほど大きくなる。誘電率の大きな水の影響が大きいほど、インピーダンス整合条件を満たすことが難しくなり、ＲＳＳＩの値は小さくなる。The reader RSSI (Received Signal Strength Indicator) is a value related to the power that the RFID reader/writer 71 is receiving from the RFID tag 101, and the on-chip RSSI is a value related to the power that the RFID tag 101 is receiving from the RFID reader/writer 71. These values become larger under conditions of impedance matching in which the internal impedance values of the impedance matching unit 10 and the IC chip 20 are equivalent. The greater the influence of water, which has a large dielectric constant, the more difficult it is to satisfy the impedance matching conditions, and the smaller the RSSI value becomes.
図６（ａ）において、植物体４０の重力屈性が完了する略１５０分までの時間領域においては、温度の減少が示されている。植物体の重力屈性という動的挙動においては植物組織の膨圧の変化が係わっており、その駆動力の一つとしては植物組織内の水流速度の変化が挙げられる。重力屈性時に、水を満たしたサンプル管瓶７４から植物体４０への水流が増加することで、図６（ａ）に示されるような植物体４０の温度の低下が起こる。このように、温度センシング機能を有するＩＣチップ２０を備えたＲＦＩＤタグ１０１を、植物体４０に直接装着することで、植物体４０自体の温度変化を直接検知することが可能となる。In FIG. 6(a), a decrease in temperature is shown in the time region up to approximately 150 minutes, when gravitropism of the plant body 40 is completed. The dynamic behavior of gravitropism of a plant body is related to changes in the turgor pressure of the plant tissue, and one of the driving forces is the change in the water flow rate within the plant tissue. During gravitropism, the water flow from the water-filled sample vial 74 to the plant body 40 increases, causing a decrease in the temperature of the plant body 40 as shown in FIG. 6(a). In this way, by directly attaching an RFID tag 101 equipped with an IC chip 20 with a temperature sensing function to the plant body 40, it becomes possible to directly detect temperature changes in the plant body 40 itself.
開放空間においては、周囲の環境温度が植物体４０の温度を反映していない場合があり、植物体４０自体の温度変化を直接検知できることによって、植物体４０の生育管理をより的確に行うことが可能となる。In an open space, the surrounding environmental temperature may not reflect the temperature of the plant body 40, and by being able to directly detect temperature changes in the plant body 40 itself, it becomes possible to more accurately manage the growth of the plant body 40.
図６においては、植物体４０の温度の低下とともに、センサーコードＳの低下も起こっている（図６（ｂ）参照）。センサーコードＳの低下は、植物体４０内に誘電率の大きな水がより取り込まれた状態になったことを意味しており、これは直物体４０内の温度変化から示唆された水流速度の増加の傾向と合致している。このように、センサーコードＳは、植物体４０の乾湿状態を反映したパラメータとなっている。In Figure 6, as the temperature of the plant body 40 decreases, the sensor code S also decreases (see Figure 6(b)). The decrease in sensor code S means that more water with a high dielectric constant has been absorbed into the plant body 40, which coincides with the tendency for the water flow velocity to increase suggested by the temperature change within the vertical body 40. In this way, the sensor code S is a parameter that reflects the wet/dry state of the plant body 40.
図６においては、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１がＲＦＩＤタグ１０１から受信している電力に関わる値であるリーダーＲＳＳＩ、および、ＲＦＩＤタグ１０１がＲＦＩＤリーダ・ライタ７１から受信している電力に関わる値であるオンチップＲＳＳＩの値も、植物体４０の重力屈性とともに低下している。リーダーＲＳＳＩおよびオンチップＲＳＳＩの値は、誘電率の大きな水の存在下で低下する。図６（ａ）の植物体４０の温度および図６（ｂ）のセンサーコードＳの低下からは、植物体４０内の水流の増加が示唆されるが、それとリーダーＲＳＳＩおよびオンチップＲＳＳＩの減少とは、一致した挙動となっている。In FIG. 6, the reader RSSI, which is a value related to the power that the RFID reader/writer 71 receives from the RFID tag 101, and the on-chip RSSI, which is a value related to the power that the RFID tag 101 receives from the RFID reader/writer 71, also decrease with the gravitropism of the plant 40. The reader RSSI and on-chip RSSI values decrease in the presence of water, which has a large dielectric constant. The decrease in the temperature of the plant 40 in FIG. 6(a) and the sensor code S in FIG. 6(b) suggest an increase in the water flow within the plant 40, and this behavior is consistent with the decrease in the leader RSSI and on-chip RSSI.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）；植物体の脱水に伴う屈曲の測定］
図７は、本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体（エンドウの芽生えである豆苗）４０の、脱水前および脱水後における形状を示す模式図である。給水を行わない状態とした植物体４０は、脱水よって６０分後は図７（ｂ）に示すような下方に屈曲した形状となる。[RFID tag (shape A); measurement of bending due to dehydration of plant body]
7 is a schematic diagram showing the shapes of a plant body (a pea seedling, which is a pea sprout) 40 equipped with an RFID tag (shape A) 101 according to the first embodiment of the present invention before and after dehydration. The plant body 40 in a state where no water is supplied takes on a downwardly curved shape as shown in FIG. 7(b) after 60 minutes of dehydration.
図８には、植物体４０の茎の脱水に伴う屈曲を、暗箱中でタイムラプスカメラによって撮影し、その映像における植物体４０の茎の先端部付近の動きを、動作解析ソフトによって軌跡解析することにより得た、垂直方向変位および変位速度の時間変化を示した。図８に示されるように、脱水初期に速い変位が起こって、次第に変化がゆるやかになっている。Figure 8 shows the vertical displacement and displacement speed over time obtained by capturing images of the bending of the stem of plant body 40 due to dehydration using a time-lapse camera in a dark box and then analyzing the trajectory of the movement near the tip of the stem of plant body 40 in the images using motion analysis software. As shown in Figure 8, a fast displacement occurs at the beginning of dehydration, and the change gradually becomes more gradual.
このときに、植物体４０に装着したＲＦＩＤタグ１０１が備えるＩＣチップ２０によって観測されたセンサーコードＳの変化を図９のａのグラフに示したが、図８の変位および変位速度の結果の傾向と一致したものになっている。また、センサーコードＳの値は、脱水初期に略１５５、６０分後には略１９５という値となった。センサーコードＳの値は、水が存在する誘電率の高い環境ほど低い値となる。また、このとき、比較試料として用いた乾燥状態にある竹串（非生物体）のセンサーコードＳは、図９のｂのグラフに示すように一定で、その値は略２１４であった。このように、植物体４０に装着したＲＦＩＤタグ１０１が備えるＩＣチップ２０によって観測されるセンサーコードＳの値によって、植物体４０の乾湿状態を検知することができる。The change in the sensor code S observed by the IC chip 20 of the RFID tag 101 attached to the plant body 40 at this time is shown in the graph of FIG. 9A, which coincides with the tendency of the results of the displacement and displacement speed in FIG. 8. The value of the sensor code S was approximately 155 at the beginning of dehydration, and approximately 195 after 60 minutes. The value of the sensor code S becomes lower in an environment with a higher dielectric constant where water is present. The sensor code S of the bamboo skewer (non-living object) in a dry state used as a comparison sample at this time was constant as shown in the graph of FIG. 9B, and its value was approximately 214. In this way, the value of the sensor code S observed by the IC chip 20 of the RFID tag 101 attached to the plant body 40 can be used to detect the wet or dry state of the plant body 40.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）；植物体の光屈性の測定］
図１０は、本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１に関し、植物体４０の光屈性における水平方向変位および変位速度の時間変化を示すグラフである。暗箱内に、植物体４０の真横方向にＬＥＤ光源を設置することで、植物体４０の光屈性による水平方向への変位を観測した。１００分間の間に、連続的な水平方向の変位が起こっており、変位速度においては、６０分付近にピークが表れている。[RFID tag (shape A); measurement of phototropism of plant body]
10 is a graph showing the time change of horizontal displacement and displacement speed in the phototropism of the plant body 40 for the RFID tag (shape A) 101 according to the first embodiment of the present invention. The horizontal displacement of the plant body 40 due to the phototropism was observed by placing an LED light source directly to the side of the plant body 40 in a dark box. Continuous horizontal displacement occurred over a period of 100 minutes, and the displacement speed peaked around 60 minutes.
図１１は、本発明の実施の形態１に係るＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０の光屈性における（ａ）温度、（ｂ）センサーコードＳ、（ｃ）リーダーＲＳＳＩ，および（ｄ）オンチップＲＳＳＩの時間変化を示すグラフである。図１１（ａ）の植物体４０の温度においては、図１０の水平方向変位のグラフと同様な連続的な変化が示されており、その変化方向は温度低下であることから、重力屈性の場合と同様な、屈性時の植物体４０への水流の増加が起こっていることが示唆される。Figure 11 is a graph showing the time changes in (a) temperature, (b) sensor code S, (c) reader RSSI, and (d) on-chip RSSI during phototropism of a plant 40 equipped with an RFID tag (shape A) 101 according to embodiment 1 of the present invention. The temperature of the plant 40 in Figure 11(a) shows a continuous change similar to the horizontal displacement graph in Figure 10, and the change is in the direction of a decrease in temperature, suggesting that an increase in water flow to the plant 40 during tropism is occurring, similar to the case of gravitropism.
センサーコードＳ、リーダーＲＳＳＩ、およびオンチップＲＳＳＩにおいては、図１０（ｂ）の変位速度がピークとなる６０分前後の時間帯に、急激な減少が起こっている。植物体４０の光屈性においては、植物体４０の組織からの水の蒸散が重力屈性の場合よりも顕著であり、その影響が、センサーコードＳ、リーダーＲＳＳＩ、およびオンチップＲＳＳＩの変化に現れている。A rapid decrease occurs in the sensor code S, the reader RSSI, and the on-chip RSSI in the time period around 60 minutes when the displacement speed in FIG. 10(b) peaks. In the phototropism of the plant body 40, the transpiration of water from the tissues of the plant body 40 is more significant than in the case of gravitropism, and this effect is reflected in the changes in the sensor code S, the reader RSSI, and the on-chip RSSI.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）；植物体の重力屈性の測定］
植物体に、図２に示すＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を装着して、植物体（エンドウの芽生えである豆苗）４０の重力屈性のワイヤレスセンシングを行った。ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２は、絶縁フィルム３１と、環状の開口を有する導体パターン１１にＩＣチップ２０が接続されたインピーダンス整合部１０と、インピーダンス整合部１０から第１方向および第２方向に延伸するアンテナ部１２とを備えている。アンテナ部１２は、絶縁フィルム３１を介して接続されている複数の放射導体小片１３から成り、絶縁フィルム３１の伸縮によって、ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を貼り付けた植物体４０が動ける構造となっている。[RFID tag (shape B); measurement of gravitropism of plant body]
An RFID tag (shape B) 102 shown in Fig. 2 was attached to the plant body, and wireless sensing of gravitropism of the plant body (a bean seedling, which is a pea sprout) 40 was performed. The RFID tag (shape B) 102 includes an insulating film 31, an impedance matching section 10 in which an IC chip 20 is connected to a conductor pattern 11 having an annular opening, and an antenna section 12 extending in a first direction and a second direction from the impedance matching section 10. The antenna section 12 is composed of a plurality of radiating conductor pieces 13 connected via the insulating film 31, and is structured so that the plant body 40 to which the RFID tag (shape B) 102 is attached can move due to the expansion and contraction of the insulating film 31.
放射導体小片１３の材質は、特に限定はされないが、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１の環状の開口を有する導体パターン１１およびアンテナ部１２の材質と同様なものが挙げられる。The material of the radiating conductor piece 13 is not particularly limited, but may be similar to the material of the conductor pattern 11 with an annular opening and the antenna portion 12 of the RFID tag (shape A) 101.
絶縁フィルム３１の材質は、特に限定はされないが、例えば、ウレタン系エラストマー、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、シリコーン系エラストマー、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ素化樹脂共重合体、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエステルスルフォン、ポリエーテルイミド、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリアセタール等の樹脂基材や、紙基材等、紙フェノール基材、紙エポキシ基材、ガラスコンポジット基材、ガラスエポキシ基材等の複合基材等が挙げられる。可撓性の観点からは、樹脂や紙基材などが好ましく、伸縮性の観点からは、ポリウレタン（ＰＵ）フィルムやエラストマーフィルムなどがより好ましい。絶縁フィルム３１の厚さは１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、８μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。The material of the insulating film 31 is not particularly limited, but examples thereof include resin substrates such as urethane-based elastomers, styrene-based elastomers, vinyl chloride-based elastomers, polyester-based elastomers, silicone-based elastomers, polyurethane (PU), polyethylene terephthalate (PET), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorinated resin copolymers, triacetyl cellulose (TAC), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyarylate, polysulfone, polyester sulfone, polyetherimide, cyclic polyolefins, brominated phenoxy resins, norbornene resins, cycloolefin polymers, cycloolefin copolymers, and polyacetal, as well as composite substrates such as paper substrates, paper phenol substrates, paper epoxy substrates, glass composite substrates, and glass epoxy substrates. From the viewpoint of flexibility, resin or paper base materials are preferred, and from the viewpoint of elasticity, polyurethane (PU) film or elastomer film is more preferred. The thickness of the insulating film 31 is preferably 1 μm or more and 1000 μm or less, and more preferably 8 μm or more and 100 μm or less.
図１２は、図２で示されるＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２（放射導体小片１３：銅テープ、幅Ｗ１＝略１ｍｍ、厚さ略５０μｍ、絶縁フィルム：ポリウレタンフィルム、厚さ略８μｍ）の、引張力と伸びとの関係を示すグラフである。ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２は、０．０２Ｎの引張力で１．０ｍｍ以上の伸びを示し、植物体４０に装着しても、植物体４０の屈曲や伸長成長の阻害が起こりづらい構造となっている。Figure 12 is a graph showing the relationship between tensile force and elongation of the RFID tag (shape B) 102 (radiating conductor piece 13: copper tape, width W1 = approximately 1 mm, thickness approximately 50 μm, insulating film: polyurethane film, thickness approximately 8 μm) shown in Figure 2. The RFID tag (shape B) 102 shows an elongation of 1.0 mm or more at a tensile force of 0.02 N, and is structured so that bending or inhibition of elongation growth of the plant body 40 is unlikely to occur even when attached to the plant body 40.
図１３は、本発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を装着した植物体４０の（ａ）重力屈性前（０分）、（ｂ）重力屈性時（重力屈性開始後６０分）及び（ｃ）重力屈性時（重力屈性開始後１２０分）における形状を示す模式図である。ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の放射導体小片１３にスポット状に粘着剤を塗布し、植物体４０に直接貼付することで、植物体４０へＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を装着した。このとき、植物体４０の先端方向のＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の片端を、サージカルテープ３２を巻きつけることで植物体４０に固定した。Figure 13 is a schematic diagram showing the shapes of a plant 40 equipped with an RFID tag (shape B) 102 according to embodiment 2 of the present invention (a) before gravitropism (0 minutes), (b) during gravitropism (60 minutes after the onset of gravitropism), and (c) during gravitropism (120 minutes after the onset of gravitropism). The RFID tag (shape B) 102 was attached to the plant 40 by spot-applying adhesive to the radiating conductor piece 13 of the RFID tag (shape B) 102 and attaching it directly to the plant 40. At this time, one end of the RFID tag (shape B) 102 toward the tip of the plant 40 was fixed to the plant 40 by wrapping surgical tape 32 around it.
図１３に示されるように、極薄のポリウレタンフィルムで連結された放射導体小片１３からなるＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を、植物体４０に直接貼付した場合においても、植物体４０は重力屈性を示した。これは、ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２が、極薄のポリウレタンフィルム（厚さ略８μｍ）の伸縮性によって、図１２に示されるように非常に小さな力でも伸びが可能な構造となっているためである。As shown in Figure 13, even when an RFID tag (shape B) 102 consisting of small radiating conductor pieces 13 connected by an extremely thin polyurethane film was directly attached to a plant body 40, the plant body 40 exhibited gravitropism. This is because the RFID tag (shape B) 102 has a structure that allows it to stretch even with a very small force, as shown in Figure 12, due to the elasticity of the extremely thin polyurethane film (approximately 8 μm thick).
図１４は、本発明の実施の形態２に係るＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を装着した植物体４０の重力屈性における（ａ）植物体温度と環境温度との差、（ｂ）センサーコードＳ、（ｃ）リーダーＲＳＳＩ，および（ｄ）オンチップＲＳＳＩの時間変化を示すグラフである。植物体４０の温度は、周囲の環境温度よりも低くなっており、重力屈性が起こる１００分前後までの時間帯では、ゆるやかに減少した。Figure 14 is a graph showing the time changes in (a) the difference between the plant temperature and the environmental temperature, (b) the sensor code S, (c) the reader RSSI, and (d) the on-chip RSSI during gravitropism of a plant 40 equipped with an RFID tag (shape B) 102 according to embodiment 2 of the present invention. The temperature of the plant 40 was lower than the surrounding environmental temperature, and gradually decreased until around 100 minutes before gravitropism occurred.
植物体４０の重力屈性の進行によって、放射導体小片１３を連結している極薄のポリウレタンフィルムが伸びることで、アンテナ部１２として機能している放射導体小片１３の間の距離が増加し、受信および送信される信号強度が減少するために、リーダーＲＳＳＩおよびオンチップＲＳＳＩは、植物体４０の重力屈性とともに減少を示す。As the gravitropism of the plant body 40 progresses, the extremely thin polyurethane film connecting the radiating conductor pieces 13 stretches, increasing the distance between the radiating conductor pieces 13 functioning as antenna parts 12, and reducing the strength of the received and transmitted signals, so that the reader RSSI and on-chip RSSI decrease with the gravitropism of the plant body 40.
植物体４０の重力屈性の進行によって、放射導体小片１３をつないでいる極薄のポリウレタンフィルムが伸びることで、アンテナ部１２全体の面積において、放射導体小片１３の面積に対して、低インピーダンスのポリウレタンフィルムの面積の比が大きくなることから、図１４ｂに示されるように、センサーコードＳの増加が起こる。As the gravitropism of the plant body 40 progresses, the extremely thin polyurethane film connecting the radiating conductor pieces 13 stretches, and the ratio of the area of the low impedance polyurethane film to the area of the radiating conductor pieces 13 in the total area of the antenna part 12 increases, resulting in an increase in the sensor code S, as shown in Figure 14b.
本発明により、植物自体の温度や乾湿状態に係るパラメータや、植物の生育中の屈性や伸長成長等の動的挙動をワイヤレスでセンシングするための、植物用のＲＦＩＤタグおよびパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーを提供できる。The present invention provides an RFID tag and a passive RFID tag sensor for plants that wirelessly sense parameters related to the temperature and wet/dry state of the plant itself, as well as dynamic behavior such as the plant's tropism and elongation growth during growth.
［具体例］
次に、本発明の実施の形態の具体的な実施例及び、比較例について説明する。本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。なお、具体例で使用した材料および装置は、以下のとおりである。[Specific examples]
Next, specific examples of the embodiment of the present invention and comparative examples will be described. The present invention is not limited to these specific examples. The materials and devices used in the specific examples are as follows.
［材料］
（１）ＩＣチップ２０：AXZON社製；Magnus-S3、サイズ 1.6 BSC×1.6 BSC、厚さ ０．３５ｍｍ。
（２）ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグ：Avery Dennison Smartrac社；Temperature Sensor Dogbone、ＩＣチップ：Axzon Magnus-S3、周波数帯:ＵＨＦ ８６０－９６０ＭＨｚ、ＩＣチップ：ＩＣチップ２０（Magnus-S3）。
（３）アルミ蒸着ＰＥＴシート：ケニス製；厚さ０．０５ｍｍ。
（４）銅テープ：３Ｍ製；導電性片面銅箔テープ Ｃｕ－３５Ｃ、軟質圧延銅箔、厚さ略０．０３５ｍｍ、導電性粒子分散アクリル系粘着剤。
（５）薄型フィルムドレッシング：日東電工株式会社製；ポリウレタンフィルム、パーミロールＬｉｔｅ、厚さ８μｍ。
（６）接着剤：セメダイン株式会社製；ＢＢＸ、弾性粘着剤
（７）透明チューブ：住友電工ファインポリマー製：スミチューブＣ４Ｃ、４ｍｍ
（８）伸縮性銀ペースト：NAMICS社製；XE181G
（９）サンプル管：マルエム製；スクリュー管瓶 ３０ｍＬ 透明、サンプル管瓶 硼珪酸ガラス、サンプル管スクリューキャップ ポリプロピレン
（１０）水耕栽培用スポンジ：uxcell製；水耕栽培スポンジ シリンダー、サイズ２５ｍｍφ×２０ｍｍ。[material]
(1) IC chip 20: manufactured by AXZON; Magnus-S3, size 1.6 BSC x 1.6 BSC, thickness 0.35 mm.
(2) UHF RFID tag: Avery Dennison Smartrac; Temperature Sensor Dogbone, IC chip: Axzon Magnus-S3, frequency band: UHF 860-960 MHz, IC chip: IC chip 20 (Magnus-S3).
(3) Aluminum-coated PET sheet: manufactured by Kenis; thickness 0.05 mm.
(4) Copper tape: manufactured by 3M; conductive single-sided copper foil tape Cu-35C, soft rolled copper foil, thickness approximately 0.035 mm, conductive particle dispersed acrylic adhesive.
(5) Thin film dressing: manufactured by Nitto Denko Corporation; polyurethane film, Permilor Lite, thickness 8 μm.
(6) Adhesive: BBX, elastic adhesive, manufactured by Cemedine Co., Ltd. (7) Transparent tube: Sumitube C4C, 4 mm, manufactured by Sumitomo Electric Fine Polymers
(8) Elastic silver paste: NAMICS; XE181G
(9) Sample tube: manufactured by Maruemu; screw tube bottle 30 mL transparent, sample tube bottle borosilicate glass, sample tube screw cap polypropylene (10) Hydroponic sponge: manufactured by uxcell; hydroponic sponge cylinder, size 25 mmφ×20 mm.
［装置］
（１１）ＵＨＦ帯ＲＦＩＤリーダ・ライタ：タカヤ株式会社製；UTR-S201、特定小電力無線局タイプ、送信周波数 ９１６．８ＭＨｚ～９２３．２ＭＨｚ（１８チャンネル）、送信出力 １０ｄＢｍ（１０ｍＷ）～２４ｄＢｍ（２５０ｍＷ）、インターフェース ＵＳＢインターフェース基板TR3-IF-U1C。
（１２）ＵＨＦ帯外付けアンテナ（直線偏波型）：タカヤ株式会社製；UTR-UA1709-1。
（１３）デジタルフォースゲージ：株式会社イマダ製；センサー付け替え可能表示器eZT。
（１４）デジタルフォースゲージ用ロードセル：株式会社イマダ製；圧縮・引張両用ロードセル eDPU-2N、最大荷重 ２Ｎ。
（１５）熱電対温度計：グラフテック製；mini LOGGER GL240。
（１６）温度センサー：理化工業株式会社製；ST-51-100-C、Ｋ熱電対。
（１７）タイムラプスカメラ；Brinno製；TLC200Pro。
（１８）白色ＬＥＤ：ジェネリックＬＥＤ社；３Ｗ、色温度４５００Ｋ。[Device]
(11) UHF RFID reader/writer: manufactured by Takaya Corporation; UTR-S201, specific low-power radio station type, transmission frequency 916.8 MHz to 923.2 MHz (18 channels), transmission output 10 dBm (10 mW) to 24 dBm (250 mW), interface USB interface board TR3-IF-U1C.
(12) UHF band external antenna (linearly polarized type): Manufactured by Takaya Co., Ltd.; UTR-UA1709-1.
(13) Digital force gauge: manufactured by Imada Corporation; sensor replaceable display eZT.
(14) Load cell for digital force gauge: Manufactured by IMADA Co., Ltd.; compression/tension dual-purpose load cell eDPU-2N, maximum load 2N.
(15) Thermocouple thermometer: Graphtec; mini LOGGER GL240.
(16) Temperature sensor: ST-51-100-C, K thermocouple, manufactured by Rika Kogyo Co., Ltd.
(17) Time lapse camera; Brinno; TLC200Pro.
(18) White LED: Generic LED Co.; 3 W, color temperature 4500 K.
［ソフトウェア］
（１９）ＵＨＦ帯ＲＦＩＤリーダ・ライタ用ソフトウェア：タカヤ株式会社製；UTRRWManager Version1.3.2。
（２０）ＵＨＦ帯ＲＦＩＤリーダ・ライタ用自作ソフトウェア：タカヤ株式会社UTR通信プロトコルver1.15とシリアルポート制御モジュールEasyCommとを用いて、Microsoft Excelから、ＲＦＩＤリーダ・ライタの制御およびデータ取得を行った。ＩＣチップ２０（Magnus-S3）からのリーダーＲＳＳＩの取得は、タカヤ株式会社UTR通信プロトコルに従って行った。ＩＣチップ２０（Magnus-S3）からのセンサーコードＳの取得は、RFmicron社の資料（AN002F40：Reading Magnus（登録商標）-S Sensors）で公開されている、メモリーバンク（RESERVED）、ワードアドレス（Ｃｈ）、およびビット数（９）の情報に従って行った。
（２１）動作解析ソフト；KINOVEA製；オープンソースの動作分析ソフトウェア Kinovea、https://www.kinovea.org/。[software]
(19) Software for UHF RFID reader/writer: UTRRWManager Version 1.3.2 manufactured by Takaya Corporation.
(20) Homemade software for UHF RFID reader/writer: Using Takaya Co., Ltd. UTR communication protocol ver. 1.15 and serial port control module EasyComm, the RFID reader/writer was controlled and data was acquired from Microsoft Excel. The reader RSSI was acquired from the IC chip 20 (Magnus-S3) according to the Takaya Co., Ltd. UTR communication protocol. The sensor code S was acquired from the IC chip 20 (Magnus-S3) according to the information on the memory bank (RESERVED), word address (Ch ), and number of bits (9) published in the RFmicron document (AN002F40: Reading Magnus (registered trademark)-S Sensors).
(21) Motion analysis software: Made by KINOVEA; open source motion analysis software Kinovea, https://www.kinovea.org/.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１の作製］
図１に示すＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を、以下のように作製した。
アルミ蒸着ＰＥＴシートを、図１の形状Ａの平面図の形に切り出した（Ｌ＝９０ｍｍ、ＬＡ１＝略７０ｍｍ、ＬＡ２＝略２０ｍｍ、ＬＩ＝略１０ｍｍ、Ｗ１＝略１ｍｍ）。この時、環状の開口を有する導体パターン１１のインピーダンス整合部１０において、ＩＣチップ２０を取り付ける部分には、切り欠きを設けた。ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグからＩＣチップ２０が装着されたアルミニウム蒸着ＰＥＴ部分を矩形状に切り出して、その切り欠きを跨ぐように貼り付けた。[Production of RFID tag (shape A) 101]
The RFID tag (shape A) 101 shown in FIG. 1 was produced as follows.
An aluminum-deposited PET sheet was cut into the shape of the plan view of shape A in Fig. 1 (L = 90 mm, LA1 = about 70 mm, LA2 = about 20 mm, LI = about 10 mm, W1 = about 1 mm). At this time, a notch was provided in the impedance matching section 10 of the conductor pattern 11 having an annular opening where the IC chip 20 was to be attached. The aluminum-deposited PET portion with the IC chip 20 attached was cut out into a rectangular shape from the UHF band RFID tag and attached so as to straddle the notch.
ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグから切り出したＩＣチップ２０が装着された導体パターン１１の表面を覆っている保護フィルムを剥離・除去し、アンテナ部１２との接合部に銀ペーストを塗布することで、環状の開口を有する導体パターン１１と電気的に接続した。The protective film covering the surface of the conductor pattern 11 on which the IC chip 20 cut out from the UHF band RFID tag was mounted was peeled off and removed, and silver paste was applied to the joint with the antenna part 12 to electrically connect it to the conductor pattern 11 with a ring-shaped opening.
次に、貫通孔を有する中空リング３０として、複数個の透明チューブ（外形Ｄ１＝略４ｍｍ、幅Ｌ２＝略２ｍｍ）を、略３０ｍｍの間隔で、アルミ蒸着ＰＥＴシートからなるアンテナ部１２に弾性粘着剤で取り付けることで、図１に示すＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を作製した。Next, multiple transparent tubes (outer diameter D1 = approximately 4 mm, width L2 = approximately 2 mm) were attached to an antenna section 12 made of an aluminum-deposited PET sheet at intervals of approximately 30 mm using an elastic adhesive to form a hollow ring 30 with a through hole, thereby producing an RFID tag (shape A) 101 shown in Figure 1.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の作製］
図２に示すＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を、以下のように作製した。
ＵＨＦ帯ＲＦＩＤタグから、ＩＣチップ２０と環状の開口を有する導体パターン１１とを備えるインピーダンス整合部１０を切りだし（ＬＩ＝略１５ｍｍ）、表面を覆っている保護フィルムを剥離・除去した。インピーダンス整合部１０を、厚さ８μｍのポリウレタンフィルムの粘着面に貼り付けた。[Production of RFID tag (shape B) 102]
The RFID tag (shape B) 102 shown in FIG. 2 was produced as follows.
An impedance matching section 10 including an IC chip 20 and a conductor pattern 11 having an annular opening was cut out from a UHF RFID tag (LI = approximately 15 mm), and the protective film covering the surface was peeled off and removed. The impedance matching section 10 was attached to the adhesive surface of a polyurethane film with a thickness of 8 μm.
インピーダンス整合部１０を貼付した厚さ８μｍのポリウレタンフィルムの上に、銅テープ（Ｌ＝８０ｍｍ、幅Ｗ１＝略１ｍｍ）を貼り付け、略５ｍｍの間隔で銅テープ部分をカットすることで、図２に示すような放射導体小片１３からなるアンテナ部１２を作成した。インピーダンス整合部１０と接触する放射導体小片１３の接合部に銀ペーストを塗布することで、環状の開口を有する導体パターン１１と電気的に接続した。さらに、その上に厚さ８μｍのポリウレタンフィルムを貼り付け、矩形状（Ｌ＝略８０ｍｍ、ＬＡ１＝略５０ｍｍ、ＬＡ２＝略３０ｍｍ、Ｗ２＝略３ｍｍ）に切り出し、ポリウレタンフィルムの粘着面の反対側の面を覆っている保護フィルムを剥離・除去することで、図２に示すＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を作製した。A copper tape (L = 80 mm, width W1 = about 1 mm) was attached to an 8 μm thick polyurethane film with an impedance matching section 10 attached, and the copper tape portion was cut at intervals of about 5 mm to create an antenna section 12 consisting of a radiating conductor piece 13 as shown in FIG. 2. Silver paste was applied to the joint of the radiating conductor piece 13 that contacts the impedance matching section 10, so that it was electrically connected to the conductor pattern 11 with a ring-shaped opening. Furthermore, an 8 μm thick polyurethane film was attached on top of it, cut into a rectangular shape (L = about 80 mm, LA1 = about 50 mm, LA2 = about 30 mm, W2 = about 3 mm), and the protective film covering the surface opposite the adhesive surface of the polyurethane film was peeled off and removed to create an RFID tag (shape B) 102 shown in FIG. 2.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１による植物の重力屈性の観察］
図３には、ＲＦＩＤタグの特性の評価に用いた測定系の概念図を示した。測定装置７０は、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１と、ＲＦＩＤリーダ・ライタ７１のアンテナ７２とを有する。アンテナ７２の表面と、植物体４０に装着したＲＦＩＤタグ７３のＩＣチップ２０との間の距離を、通信距離ＣＬとした。植物体４０（豆苗の茎）の片端を、植物体４０の茎の直径よりやや大きめの小穴を有したサンプル管スクリューキャップ７５の小穴を通して、水を満たしたサンプル管瓶７４に差し込んだ。植物体４０の茎を水耕用栽培用スポンジ７６で取り巻き、その水耕用栽培用スポンジ７６をサンプル管スクリューキャップ７５の内側に装着して、サンプル管スクリューキャップ７５をサンプル管瓶７４にねじ込むことで、サンプル管スクリューキャップ７５の小穴からの漏水を防いだ。[Observation of plant gravitropism using RFID tag (shape A) 101]
FIG. 3 shows a conceptual diagram of a measurement system used to evaluate the characteristics of an RFID tag. The measurement device 70 has an RFID reader/writer 71 and an antenna 72 of the RFID reader/writer 71. The distance between the surface of the antenna 72 and the IC chip 20 of the RFID tag 73 attached to the plant 40 was set as the communication distance CL. One end of the plant 40 (the stem of a bean seedling) was inserted into a sample tube bottle 74 filled with water through a small hole in a sample tube screw cap 75 having a small hole slightly larger than the diameter of the stem of the plant 40. The stem of the plant 40 was surrounded by a hydroponic cultivation sponge 76, which was attached to the inside of the sample tube screw cap 75, and the sample tube screw cap 75 was screwed into the sample tube bottle 74 to prevent water leakage from the small hole in the sample tube screw cap 75.
ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１の中空リング３０に植物体４０（豆苗の茎）を通し、図４（ａ）に示したような状態になるように、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を植物体４０に装着して、特性評価を行った。このとき、図４（ｂ）に示すように、豆苗の茎の先端方向のＲＦＩＤタグの片端を、ポリウレタンフィルム製のサージカルテープ３２（厚さ８μｍ）で豆苗の茎に巻きつけて、粘着して固定した。先端部に固定した部分を除いて、ＲＦＩＤタグの他の部分では、中空リング３０の中を植物の茎が動くことができるので、ＲＦＩＤタグの装着による植物の生長伸長や屈曲の阻害を極力低減することができる。図４（ｃ）には、重力屈性後（１２０分後）の、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した豆苗の茎の形状を示した。植物の重力屈性は、１２０分前後の時間で起こることが知られている。The plant body 40 (the stem of a pea seedling) was passed through the hollow ring 30 of the RFID tag (shape A) 101, and the RFID tag (shape A) 101 was attached to the plant body 40 so as to be in the state shown in FIG. 4(a), and the characteristics were evaluated. At this time, as shown in FIG. 4(b), one end of the RFID tag toward the tip of the stem of the pea seedling was wrapped around the stem of the pea seedling with surgical tape 32 (thickness 8 μm) made of polyurethane film and fixed by adhesion. Since the stem of the plant can move inside the hollow ring 30 in other parts of the RFID tag except for the part fixed to the tip, the inhibition of the growth and bending of the plant due to the attachment of the RFID tag can be reduced as much as possible. FIG. 4(c) shows the shape of the stem of a pea seedling to which the RFID tag (shape A) 101 was attached after gravitropism (after 120 minutes). It is known that gravitropism of plants occurs in about 120 minutes.
図５には、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０（豆苗の茎）の重力屈性における垂直方向変位および変位速度の時間変化を示した。豆苗の茎の重力屈性の様子を、側面方向からタイムラプスカメラで撮影し、動作解析ソフトKinoveaを用いて、豆苗の茎の先端の軌跡解析を行うことで、垂直方向変位および変位速度の時間変化を求めた。Figure 5 shows the time change in vertical displacement and displacement speed in the gravitropism of a plant body 40 (a pea seedling stem) equipped with an RFID tag (shape A) 101. The gravitropism of the pea seedling stem was photographed from the side with a time-lapse camera, and the motion analysis software Kinovea was used to perform trajectory analysis of the tip of the pea seedling stem to determine the time change in vertical displacement and displacement speed.
図６には、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０（豆苗の茎）の重力屈性における（ａ）温度、（ｂ）センサーコードＳ、（ｃ）リーダーＲＳＳＩ、および（ｄ）オンチップＲＳＳＩの時間変化を示した。このとき、通信距離ＣＬは２８ｃｍとした。図５と図６とを比較すると、両方とも略１５０分まで変化が継続して起こっており、その変化の度合いは、８０分前後で最も大きくなっており、良い一致が示された。Figure 6 shows the time changes in (a) temperature, (b) sensor code S, (c) reader RSSI, and (d) on-chip RSSI in the gravitropism of a plant 40 (a pea seedling stem) equipped with an RFID tag (shape A) 101. The communication distance CL was set to 28 cm. Comparing Figures 5 and 6, it can be seen that in both cases the changes continued for up to approximately 150 minutes, with the degree of change being greatest around 80 minutes, demonstrating good agreement.
アンテナ７２としては、直線偏波型のものを用いたが、円偏波型のものも、本発明の実施の形態のＲＦＩＤタグとの通信に用いることができる。円偏波型のアンテナを用いた場合には、直線偏波型のアンテナを用いた場合に比べて、通信距離はやや減少するが、ＲＦＩＤタグに対して、より広い角度からの電波照射での通信が可能となる。A linearly polarized antenna was used as antenna 72, but a circularly polarized antenna can also be used to communicate with the RFID tag of the embodiment of the present invention. When a circularly polarized antenna is used, the communication distance is slightly shorter than when a linearly polarized antenna is used, but communication with the RFID tag is possible by irradiating radio waves from a wider angle.
［比較例１：中空リング３０を有さないＲＦＩＤタグの場合］
ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１と同様な形状で、中空リング３０を有さないＲＦＩＤタグを作成し、粘着剤によって植物体４０（豆苗の茎）に直接貼り付けたところ、植物体４０は重力屈性を示さなくなった。これは、植物体４０に直接貼り付けたＲＦＩＤタグが伸縮性を有さないために、植物の生長伸長や屈曲の阻害が起こるためである。[Comparative Example 1: RFID tag without hollow ring 30]
When an RFID tag with a shape similar to that of the RFID tag (shape A) 101 but without the hollow ring 30 was created and attached directly to a plant 40 (a pea seedling stem) with an adhesive, the plant 40 no longer showed gravitropism. This is because the RFID tag attached directly to the plant 40 does not have flexibility, and thus inhibits the growth, elongation, and bending of the plant.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１による植物の脱水過程の観察］
前記の実施例３と同様に、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を植物体４０（豆苗の茎）に装着して、水を満たしていない空のサンプル管瓶７４に取り付けることで、植物体４０の脱水過程における、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１からの信号変化についての検討を行った。[Observation of the dehydration process of plants using RFID tag (shape A) 101]
As in Example 3 above, an RFID tag (shape A) 101 was attached to a plant body 40 (a pea sprout stem) and attached to an empty sample tube bottle 74 that was not filled with water, and an investigation was conducted into the change in the signal from the RFID tag (shape A) 101 during the dehydration process of the plant body 40.
図７には、脱水前後での、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０（豆苗の茎の形状の変化を示した。脱水によって豆苗の茎は萎れることで、図４（ｂ）のように下方へ屈曲した。脱水過程を側面方向からタイムラプスカメラで撮影し、動作解析ソフトKinoveaを用いて、豆苗の茎の先端の軌跡解析を行うことで、垂直方向変位および変位速度の時間変化を求め、図８に示した。Figure 7 shows the change in shape of the plant body 40 (the stem of a pea sprout) equipped with an RFID tag (shape A) 101 before and after dehydration. The stem of the pea sprout wilted due to dehydration and bent downward as shown in Figure 4 (b). The dehydration process was photographed from the side with a time-lapse camera, and the trajectory of the tip of the pea sprout's stem was analyzed using the motion analysis software Kinovea to determine the time change in vertical displacement and displacement speed, which are shown in Figure 8.
図９のａのグラフには、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０（豆苗の茎）の脱水過程におけるセンサーコードＳの時間変化を示した。このとき、通信距離ＣＬは２８ｃｍとした。センサーコードＳの値は、水が存在する誘電率の高い環境ほど低い値であるが、図９のａのグラフでは時間の経過とともに緩やかなセンサーコードＳの値の増加がみられ、これは植物体４０の脱水に伴う萎れによる植物体４０の下方への屈曲挙動（図８（ａ）参照）の傾向と同様であった。The graph in Figure 9a shows the change over time in the sensor code S during the dehydration process of a plant 40 (a pea sprout stem) fitted with an RFID tag (shape A) 101. The communication distance CL was set to 28 cm. The value of the sensor code S is lower in environments with a higher dielectric constant where water is present, but the graph in Figure 9a shows a gradual increase in the value of the sensor code S over time, which is similar to the tendency of the downward bending behavior of the plant 40 due to wilting associated with dehydration (see Figure 8(a)).
［比較例２：非生物体にＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した場合］
既に乾燥状態にある竹串（非生物体）にＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した場合のセンサーコードＳの時間変化を観測したところ、図９のｂのグラフに示すように一定であった。[Comparative Example 2: When RFID tag (shape A) 101 is attached to a non-living object]
When an RFID tag (shape A) 101 was attached to a bamboo skewer (non-living object) that was already in a dry state, the change in the sensor code S over time was observed and was constant, as shown in the graph in FIG. 9b.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１による植物体の光屈性の観察］
ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を植物体４０（豆苗の茎）に装着し、側面から白色ＬＥＤ光を照射することで、豆苗の茎の光屈性過程でのＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１からのパラメータの変化を観測した。ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０（豆苗の茎）は、実施例３と同様に、水を満たしたサンプル管瓶７４に取りつけた。[Observation of phototropism of plant body using RFID tag (shape A) 101]
An RFID tag (shape A) 101 was attached to a plant body 40 (a pea seedling stem) and white LED light was irradiated from the side to observe changes in parameters from the RFID tag (shape A) 101 during the phototropism process of the pea seedling stem. The plant body 40 (a pea seedling stem) to which the RFID tag (shape A) 101 was attached was attached to a sample tube bottle 74 filled with water, as in Example 3.
光屈性におけるＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０（豆苗の茎）の挙動を、上方からタイムラプスカメラで撮影し、動作解析ソフトKinoveaを用いて、豆苗の茎の先端の軌跡解析を行うことで、水平方向変位および変位速度の時間変化を求め、図１０に示した。The behavior of a plant body 40 (a pea seedling stem) equipped with an RFID tag (shape A) 101 in phototropism was photographed from above with a time-lapse camera, and the motion analysis software Kinovea was used to perform trajectory analysis of the tip of the pea seedling stem to determine the time-dependent changes in horizontal displacement and displacement speed, which are shown in Figure 10.
図１１には、ＲＦＩＤタグ（形状Ａ）１０１を装着した植物体４０（豆苗の茎）の光屈性における（ａ）温度、（ｂ）センサーコードＳ、（ｃ）リーダーＲＳＳＩ，および（ｄ）オンチップＲＳＳＩの時間変化を示した。このとき、通信距離ＣＬは２３ｃｍとした。図１０と図１１とを比較すると、どちらの場合も、６０分前後で最も大な変化が観測され、一致した挙動となった。Figure 11 shows the time changes in (a) temperature, (b) sensor code S, (c) reader RSSI, and (d) on-chip RSSI in the phototropism of a plant 40 (a pea seedling stem) equipped with an RFID tag (shape A) 101. The communication distance CL was set to 23 cm. Comparing Figures 10 and 11, in both cases, the largest changes were observed around 60 minutes, showing consistent behavior.
［ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の特性評価］
図１２には、ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の引張力と伸びとの関係を示した。ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の、放射導体小片１３が、極薄のポリウレタンフィルムで連結された構造からなるアンテナ部１２は、０．０２Ｎの引張力で１．０ｍｍ以上伸長するような伸縮性の高い構造となっている。[Characteristics evaluation of RFID tag (shape B) 102]
12 shows the relationship between the tensile force and the elongation of the RFID tag (shape B) 102. The antenna part 12 of the RFID tag (shape B) 102, which is configured such that the radiating conductor pieces 13 are connected by an extremely thin polyurethane film, has a highly elastic structure that elongates by 1.0 mm or more when subjected to a tensile force of 0.02 N.
図１３には、ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を装着した植物体４０（豆苗の茎）の（ａ）重力屈性前（０分）、（ｂ）重力屈性時（重力屈性開始後６０分）、および（ｃ）重力屈性時（重力屈性開始後１２０分）における形状を示した。ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の放射導体小片１３にスポット状に粘着剤を塗布し、植物体４０に貼付することで、植物体４０へのＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２の装着を行った。ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２は、伸縮性の高い構造となっているため、植物体４０に直接貼付した場合においても、重力屈性が起こった。Figure 13 shows the shapes of a plant 40 (a bean sprout stem) with an RFID tag (shape B) 102 attached (a) before gravitropism (0 minutes), (b) during gravitropism (60 minutes after the start of gravitropism), and (c) during gravitropism (120 minutes after the start of gravitropism). The RFID tag (shape B) 102 was attached to the plant 40 by spot-coating an adhesive on the radiating conductor piece 13 of the RFID tag (shape B) 102 and attaching it to the plant 40. Because the RFID tag (shape B) 102 has a highly elastic structure, gravitropism occurred even when it was directly attached to the plant 40.
図１４には、ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を装着した植物体４０（豆苗の茎）の重力屈性における（ａ）植物体温度と環境温度との差、（ｂ）センサーコードＳ、（ｃ）リーダーＲＳＳＩ，および（ｄ）オンチップＲＳＳＩの時間変化を示した。このとき、通信距離ＣＬは１０ｃｍとした。熱電対温度計をＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２を装着した植物体４０の近傍に設置することで、周囲の環境温度を測定し、植物体温度と環境温度との差を求めた。植物体４０の重力屈性に伴う、ＲＦＩＤタグ（形状Ｂ）１０２からの各パラメータの変化が観測された。Figure 14 shows the time changes in (a) the difference between the plant temperature and the environmental temperature, (b) the sensor code S, (c) the reader RSSI, and (d) the on-chip RSSI in the gravitropism of a plant 40 (a pea sprout stem) equipped with an RFID tag (shape B) 102. The communication distance CL was set to 10 cm. A thermocouple thermometer was placed near the plant 40 equipped with an RFID tag (shape B) 102 to measure the surrounding environmental temperature and determine the difference between the plant temperature and the environmental temperature. Changes in each parameter from the RFID tag (shape B) 102 associated with the gravitropism of the plant 40 were observed.
本発明において、温度や乾湿状態に係るパラメータを計測することのできる小型のＩＣチップを備えたセンサーによって、植物の生育中の動的挙動や植物自体の温度や乾湿状態に係るパラメータをワイヤレスで計測するための、植物用のＲＦＩＤタグおよびパッシブ型ＲＦＩＤタグセンサーを提供することができ、温度、湿度などの状態に分布のある開放空間型の植物工場での植物栽培管理等に、好適に利用できる。また、センサー用の電源やリード線、およびデータ取得のために設置する機器類等の利用が困難なフィールドにおいて、植物の生育状態のセンシングを行うために、好適に利用できる。In the present invention, a sensor equipped with a small IC chip capable of measuring parameters related to temperature and wet/dry conditions can be used to provide an RFID tag for plants and a passive RFID tag sensor for wirelessly measuring the dynamic behavior of plants during growth and parameters related to the temperature and wet/dry conditions of the plants themselves, which can be suitably used for plant cultivation management in open-space plant factories where there is a distribution of conditions such as temperature and humidity. In addition, the sensor can be suitably used for sensing the growth conditions of plants in fields where it is difficult to use a power source and lead wires for the sensor, and equipment installed for data acquisition.
以上、実施形態を説明したが、本発明の技術は上記の実施形態に限定されない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。Although the embodiments have been described above, the technology of the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications and improvements are possible, such as combinations or substitutions with part or all of other embodiments.
１０ インピーダンス整合部
１１ 導体パターン
１２ アンテナ部
１３ 放射導体小片
１４ 絶縁膜
２０ ＩＣチップ
３０ 中空リング
３１ 絶縁フィルム
３２ サージカルテープ
４０ 植物体
７０ 測定装置
７１ ＲＦＩＤリーダ・ライタ
７２ （ＲＦＩＤリーダ・ライタの）アンテナ
７３ ＲＦＩＤタグ
７４ サンプル管瓶
７５ サンプル管スクリューキャップ
７６ 水耕栽培用スポンジ
１０１、１０２ ＲＦＩＤタグ
REFERENCE SIGNS LIST 10 impedance matching section 11 conductive pattern 12 antenna section 13 radiating conductor piece 14 insulating film 20 IC chip 30 hollow ring 31 insulating film 32 surgical tape 40 plant body 70 measuring device 71 RFID reader/writer 72 (RFID reader/writer) antenna 73 RFID tag 74 sample tube 75 sample tube screw cap 76 sponge for hydroponic cultivation 101, 102 RFID tag
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