Questo articolo vuole essere l'introduzione ad una serie di articoli più specifici in cui descriverò ogni passaggio della costruzione di Greenduino e presenterò i rapporti sugli esperimenti di coltivazione.
Le istruzioni per il montaggio della serra domotica saranno correlate da immagini, schemi, software, fornitori dei materiali e prezzi. Confido nella collaborazione di tutti quelli che sono interessati all'argomento, che potranno interagire attraverso i commenti dei singoli articoli.

Di seguito una lista di alcune delle funzioni/caratteristiche previste per Greenduino:

• lampada composta da 20 LED da 3W
  • LED di tre tipogie differenti (blu/rossi/verdi)
  • possibilità di regolare l'intensità luminosa dei singoli colori in modo da ottenere infinite combinazioni di luce
  • regolazione delle luci nell'arco del tempo in modo da programmare, oltre al ciclo giornaliero di luce/buio,  variazioni dei colori sull'intero ciclo vitale della pianta
  • raffreddamento della lampada con dissipatori e ventole comandate da un sensore di temperatura
• sistema idroponico automatizzato
• ventilazione dell'armadio per ricircolo aria e controllo della temperatura interna
• sensori di temperatura ed umidità
• interfaccia online per gestire ogni comando e consultare i report dei dati
  • tutti i valori registrati dai sensori della serra verranno inviati ad un server in modo che siano disponibili nel tempo per poter consultare report vari
  • ogni comando e variazione dei parametri della serra potrà essere effettuato via web con comoda interfaccia grafica, non escludo di realizzare in futuro un'applicazione per Android

Nel prossimo articolo tratterò la costruzione della lampada a LED, che potrà essere utilizzata anche  stand alone senza controllore Arduino, a presto...

Micro Grow Labs ha ideato e si appresta a produrre LabBox Grower, la più piccola scatola di crescita al mondo completamente automatizzata. Funziona con un sistema  idroponico a goccia che irriga e somministra le sostanze nutritive ed è illuminata tramite LED ad alta luminosità, in modo da fornire ad una micro coltivazione tutto quanto necessita per crescere.

Immagini tratte da Pocket Grow

Questa tecnologia è la base del Micro Grow Project, che ha  l'obiettivo di creare una comunità che porti avanti un esperimento collaborativo che promuova lo studio e la diffusione di bio tecnologie e tecniche agricole per la coltivazione su piccola scala.

Il cervello del LabBox è il microprocessore PicAxe 14M che consente di automatizzare i cicli di irrigazione, gli orari e le temperature della luce ambientale.
Questo sistema di controllo è preprogrammato con tre diversi schemi di luce (24 ore, 18 / 6 ore e ore 12/12), una temperatura di controllo predefinita per mantenere 24°C e dei cicli di irrigazione di 4 volte al giorno. Se si conosce il linguaggio di programmazione BASIC è possibile riprogrammare il PicAxe per fare praticamente tutto quello che si vuole.

Le impostazioni del  LabBox possono essere controllate e monitorate installando il LabBox Server software su un pc connesso tramite cavo seriale al LabBox Grower. Sarà cosi possibile gestire online ogni parametro di funzionamento tramite browser, oppure con iPhone, iPod Touch o iPad.

Il LabBox Server è abilitato a comunicare tramite Twitter per cui è possibile ricevere aggiornamenti periodici sul proprio account Twitter relativi a:

• temperatura corrente
• stato di luci, pompa ed ventilazione
• allarme di esaurimento serbatorio
• allarme di temperatura troppo alta

Queste le specifiche tecniche del LabBox Grower:

• Grow Box - Larghezza: 13.72 cm  Altezza: 13.21 cm Profondità: 3.66 cm
• Larghezza contenitore Grow Box - Larghezza: 15.24 cm  Altezza: 13.97 cm Profondità: 4.45 cm
• Capacità serbatorio:  15 ml.
• LED Blu Lunghezza d'onda: 470nm
• LED Rossi Lunghezza d'onda: 630nm
• Microprocessore: PicAxe 14
• Alimentazione: 12v @ 1Amp

Micro Grow Labs ha previsto di iniziare la vendita del il LabBox Grower per il 15 Gennaio 2011, per cui al momento il prodotto è ancora in fase di prototipo. Sul sito pocketgrow.com , da cui ho tratto informazioni ed immagini di questo articolo, è possibile iscriversi ad una newsletter per rimanere aggiornati sull'evolversi del progetto.

Il progetto mi sembra molto originale ed interessante, in particolare per la possibilità di gestire l'hardware via internet, anche se,  per le sue dimensioni ridotte, il LabBox Grower sembra più un giocattolo che un vero e proprio strumento di sperimentazione.  Leggo sul sito che è in sperimentazione anche una versione PRO del LabBox Grower con dimensioni maggiori.
A mio giudizio sarebbe interessante se sviluppassero anche un maggior controllo dell'illuminazione che permetta anche differenti livelli di intensità luminosa fra led rossi e blu. Vedo da un'immagine (ultima) del pannello di led che sono stati inseriti anche led bianchi non menzionati nelle specifiche, sarà un prototipo del LabBox PRO?
In attesa dell'evolversi del progetto eco alcune immagini tratte dal sito pocketgrow.com

Il progetto di lunghi viaggi spaziali, come quello per portare l'uomo su Marte,  si scontra con la necessità di garantire all'equipaggio cibo ed aria fresca durante la permanenza nello spazio.

Le tradizionali lampade di crescita non sono un'opzione praticabile, visto l'elevato consumo di energia ed il calore emesso. Per questo motivo la ricerca di soluzioni alternative è orientata sempre di più verso sistemi che utilizzano pannelli a LED, che presentano notevoli vantaggi come efficienza energetica, spettro di emissione stabile, maggiore sicurezza, bassa emissione di calore, durata più lunga, piccole dimensioni.

Ho trovato del materiale molto interessante  negli archivi della "American Society for Gravitational and Space Biology" ed in particolare in queste 2 pubblicazioni da cui ho tratto la maggior parte delle informazioni di questo articolo:

• "DEVELOPMENT AND TESTING OF AN EFFICIENT LED INTRACANOPY LIGHTING DESIGN FOR MINIMIZING EQUIVALENT SYSTEM MASS IN AN ADVANCED LIFE-SUPPORT SYSTEM." del 2005 (Gioia D Massa, Jeffrey C Emmerich, M E Mick, R J Kennedy, Robert C Morrow, Cary A Mitchell)
• "PLANT-GROWTH LIGHTING FOR SPACE LIFE SUPPORT: A REVIEW" del 2006 (Gioia D Massa, Jeffrey C Emmerich, Robert C Morrow, C Mike Bourget, Cary A Mitchell)

Il programma "Advanced Life Support" (ASL) della NASA tratta anche lo sviluppo di colture per la produzione di cibo, in supporto alla vita umana in ambiente extraterrestre.
Per i motivi precedentemente descritti i LED si sono dimostrati la scelta ideale per l'illuminazione di camere di crescita, se rapportati con gli altri tipi di lampade. In particolare i LED rossi con una lunghezza d'onda di 640 nm si sono rivelati i più efficienti, in quanto la loro luce contribuisce per circa il 96% del processo di fotosintesi clorofilliana. Gli esperimenti hanno dimostrato che diverse specie vegetali possono essere coltivate con successo con la luce dei LED, fra cui gli spinaci, la lattuga, il radicchio, il frumento e le patate. In generale, per una normale crescita, è richiesto anche il 15% di LED blu a 440 nm, che permette di equiparare la resa ottenuta, con colture cresciute con luce bianca.
Alcune ricerche hanno dimostrato la necessità di un'intensa luce blu nella fase iniziale di crescita per ridurre l' allungamento dell'ipocotile.  E' stato provato che anche una percentuale di luce verde può avere effetti benefici sulla crescita.
Lo "Specialized Center of Research and Trainingin Advanced Life Support (ALS NSCORT)" della NASA in collaborazione con "Orbital Technologies Corporation (ORBITEC)" hanno sviluppato un array riconfigurabile di pannelli a LED in grado di ridurre l'energia richiesta per crescere piante con luci elettriche.

Ogni pannello di LED è un quadrato di 6,25 cm² composto da 100 LED cosi suddivisi:

• 64 LED rossi a 640 nm
• 16 LED blu a 440 nm
• 20 LED verdi a 540 nm + 2 fotodiodi

Le ridotte dimensioni del pannello e la vicinanza dei LED permettono di ottenere uno spettro emesso uniforme.
Dato che la corrente del circuito è controllata separatamente per ogni colore, sia il rapporto rossi/blu, che la loro intensità, possono essere modificati continuamente.
20 pannelli di questi pannelli a LED sono montati su un supporto lineare (array) lungo circa 65 cm. In cima ad esso è collocata una scatola elettrica che contiene 2 ventilatori utilizzati per aspirare l'aria dal basso verso l'alto del supporto. Questo metodo di rafreddamento permette alle piante di crescere vicino alla fonte di luce senza bruciarsi.

Immagine tratta dalla pubblicazione "DEVELOPMENT AND TESTING OF AN EFFICIENT LED INTRACANOPY LIGHTING DESIGN FOR MINIMIZING EQUIVALENT SYSTEM MASS IN AN ADVANCED LIFE-SUPPORT SYSTEM."

Come si può dedurre dalle pubblicazioni e dal disegno tecnico sopra riportato le dimensioni dei LED utilizzati sono estremamente piccole: i LED rossi sono disposti su 4 file da 16 LED e, se il lato del circuito stampato su cui sono montati misura 2,54cm di lato, il diametro di ogni singolo LED non supera 1,5 millimetri.

L' array di pannelli LED generalmente è disposto verticalmente nella camera di crescita ed è predisposto in modo che i singoli pannelli possano essere accesi in sequenza iniziando con i pannelli bassi in modo da seguire la crescita verticale della pianta. In questo modo non viene sprecata energia, sopratutto nella fase iniziale di crescita in cui la pianta è di dimensioni ridotte, consentendo di accendere con il giusto livello di potenza solo i pannelli che servono per illuminare le foglie.
I fotodiodi montati su ogni pannello hanno lo scopo di rilevare la prossimità di elementi verdi (la pianta) in modo da poter gestire automaticamente l'accensione dei LED quando delle foglie sono posizionate davanti ad essi.

In alternativa alla configurazione verticale, gli array di pannelli possono essere anche disposti orizzontalmente uno accanto all'altro sopra le piante, formando cosi un unico grande pannello che fa da tetto alla camera di crescita.  Questa disposizione dei pannelli è l'ideale per illuminare la lattuga e il frumento nano. Non è però consigliabile per piante che si sviluppano in verticale come i fagioli, perchè è stato osservato che queste piante tendono a crescere molto nella parte alta dellla camera di crescita, vicino ai pannelli LED, producendo un raccolto minore rispetto all'utilizzo degli stessi array di LED disposti in verticale ed alimentati con lo stesso quantitativo di energia.

Spero che tutte queste informazioni possano allontanare ogni dubbio sulla reale efficacia delle lampade di crescita a LED ed essere di aiuto a chi, come me, ha intenzione costruirle e di sperimentarle in coltivazioni indoor.

La Drosera capensis è una pianta carnivora della famiglia delle Droseraceae originaria del Sudafrica. Grazie alla sua facilità di coltivazione é divenuta une delle più comuni specie di Drosera coltivate.

Anche questa piccola Drosera è stata trapiantata mel mio terrario da 15 giorni: sembra reagire bene all' ambiente ed alle luci artificiali a led!

Forse attirato dai tentacoli appiccicosi colorati con pigmenti antocianini, o forse dalle lampade di crescita a led rossi e blu, un incauto moscerino si è posato su una foglia della Drosera aliciae, rimanendo invischiato.

Dopo alcune ore i peli collosi l'hanno già avvolto richiudendosi su se stessi!
A questo punto la pianta secerne nuova colla, enzimi ed acidi per la digestione della preda.

La Drosera aliciae è una pianta carnivora della famiglia delle Droseraceae originaria del Sud Africa. Il suo periodo vegetativo dura tutto l'anno, ben sopporta alte temperature, vuole molta luce ma non sole diretto.

La Drosera è utilizzata in omeopatia per le sue propietà antispasmodiche: risulta infatti un valido rimedio nella cura di tutti i disturbi dei bronchi che si manifestano con tosse secca e contro l'asma bronchiale.

Ho trapiantato questa pianta nel terrario costruito 15 giorni fa e , nonostante avesse perso tutta la colla durante il travaso, dopo pochi giorni di illuminazione artificiale con i pannelli a led rossi e blu è ritornata in piena forma, riempiendo i minuscoli tentacoli di colla e producendo un gran numero di nuove foglie.