成果報告書詳細
管理番号20140000000787
タイトル平成24年度-平成25年度成果報告書 IT融合による新社会システムの開発・実証プロジェクト(農商工連携分野)農業産業化ジャパンクオリティ・システム形成に向けたスマートSCM融合基盤の開発
公開日2015/1/31
報告書年度2012 - 2013
委託先名デザイナーフーズ株式会社 国立大学法人豊橋技術科学大学 日本電気株式会社
プロジェクト番号P12009
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約1.土壌中及び果実中のミネラル成分等組成の相関分析
トマト栽培における土壌中の成分と果実中の成分の相関関係を評価するため、土壌中のミネラル成分や果実中のミネラル成分・ビタミンC・糖度・抗酸化力を測定した。土壌について、同じ圃場内でも場所や時期により土壌の性質が異なることが明らかとなった。また土壌・果実を採取した9つの圃場について、同一圃場6-8地点の土壌分析値を平均化し比較したところ、圃場毎に土壌の性質が異なっていた。
土壌と果実の関係性について、9つの圃場の土壌と果実のミネラル成分を比較した結果、相関があるミネラル成分が見られた。また、機能性成分が高く、土壌中の交換性Zn・Mnが高い圃場や、土壌の交換性Mgが多いと果実のビタミンC含量が多くなる圃場があった。土壌・環境情報の収集手段について、専用装置を製作し、圃場に設置した。また、各種センサー計測データをNFC IF通信により取得し、3G経由でクラウドに配信できる装置を製作した。

2.土壌中ミネラル成分の計測機器の研究開発
土壌などの培地に直接センサーを挿入し、継続的な測定により土壌中のミネラル成分(Kイオン、Caイオン、Mgイオン)の時間変化を観察可能なセンサーの開発を目指した。8 mm角のチップ上に128x128画素を持つ水素イオンイメージセンサーの研究を基盤とし、例えば特定イオンだけを捕獲させる機能膜を成膜することで、そのイオン濃度に応じた変化を検出する方式を検討した。エリアごとに違う機能膜を配置することで、1つのセンサーチップで複数種類のイオンを計測できるように設計を行った。そして、Kイオン、Caイオン、Mgイオンセンサーについてそれぞれ理論的な出力を出すことに成功した。センサーの形状では、土壌中に挿入可能な先鋭型板状基板で設計を行った。必要最小限のエリアで挿入できるため、挿入部周辺の根や培地などへの影響を少なくすることができた。センサー駆動方法においては複数種類のエリアを区分し計測できるよう装置の開発を行った。装置自体の防水性などにも考慮を行った。圃場現場で計測し、かつ培地内に挿入して直接計測可能なミネラルセンサー及びセンサーシステムの製作に成功することができた。

3.IT融合基盤の設計・開発及びビジネスモデルの構想
今回の目的は、ミネラル成分の計測機器との通信インターフェースを決定し、データの管理方法と、データの管理形態を検討すること、データの参照方法を検討し、各部の設計を行い、全体システムとして動作を検証を行うことである。
土壌ミネラル成分を計測する半導体チップセンサー(ミネラルセンサー)が測定したミネラル成分を収集する仕組みと収集したミネラル成分を蓄積する仕組みと、蓄積したデータから傾向分析(マイニング)や統計処理を行う仕組みとそれらを可視化する仕組みから構成されるシステム(IT融合基盤)を構築した。
IT融合基盤ならびにセンサーデバイス、センサーGW、ミネラルセンサー含む全体システム設計を行ない、センサーGWとITプラットフォームとの間のインターフェース仕様の定義と、IT融合基盤におけるデータ収集/蓄積のための入力と結果を出力するデータ計測補正処理及び統計処理の基本設計と、全体システム設計ならびに各部の基本設計に基づき、各部の概要設計、詳細設計とプログラム実装を行い、IT融合基盤としての動作を検証した。
また、生鮮野菜と健康をテーマにした商品・サービスの開発に役立てるとともに、対象とすべきマーケットの検討を行うためにアンケートを実施した。
英文要約1. Relationship in mineral components between soils and fruits of tomato
In order to evaluate correlation of ingredients in soil and ingredients in fruits as for tomato cultivation, I measured mineral composition in soil, mineral composition in fruits, vitamin C, sugar content and antioxidant activity.
Regarding to soil, it was made clear that even in the same field, depending on place or season or timing, soil's quality differs. Also, as for nine fields in which soil and fruits were extracted, when I averaged and compared value measured by chemical analysis of soil of from six to eight places in the same field, as for each field, soil's quality was different.
Regarding to relationship of soil and fruits, as a result of comparing mineral composition of soil and fruits in nine fields, I found interrelated mineral composition. Also, if exchangeability zinc and manganese in soil are high, there were fields of which fruits' functional ingredient was high. And if exchangeability magnesium in soil is much, there were fields of which fruits' vitamin C content was much. Based on the result of the experimentation, I conducted verification test of adding mineral composition into soil for increasing of functional ingredient.
As for extracting method of soil and environment information, I produced special device and set it in field. On top of that, I obtained each sensor measuring data by NFC IF communication, produced a device that can transmit to clouds via 3G.

2. Fabrication of a mineral monitoring sensor to measure soils of medium cultures
New mineral sensor was studied for continuous measurement of mineral ions which are Mg2+, Ca2+, K+ ions in soil. The three kinds of ion sensing membranes on a 128 x 128 pixels hydrogen image sensor were fabricated. Ion sensitivities of the membranes were confirmed using their standard solutions. Outline of the sensing part was designed a sharpened tip. It is capable to easily insert into soil and to minimalize damages to medium culture and roots. A sensor operating system was designed that the three types of sensing area was able to monitor independently. The machine was fabricated in considering of waterproof performance. We were successful of on-site measurement of the ions in soil using our sensor system.

3. Implementaion of IT-integrated platform and planning business model.
The purpose of this study is to decide about a communication interface with a measuring instrument of a mineral ingredient, consider the case that management practice of data and the management form of the data are considered and reference method of data, design each part and inspect as entire system.
A system that the semiconductor chip sensor which measures a ground mineral ingredient (mineral sensor) consists of trend analysis (mining), the mechanism to process it statistically and the mechanism which visualizes those from the mechanism to accumulate the mechanism to collect a measured mineral ingredient and a collected mineral ingredient and the data which accumulated (IT platform) was built to achieve the goal.
The whole system design which includes an IT platform, a sensor device, sensor GW and a mineral sensor was performed, the interface specification between sensor GW and the IT platform was defined and the measurement correction function of the collection function of the data, the accumulation function and the collected data and a general plan of statistical work in an IT platform were performed, and the outline design, a detailed design and a programming in each part were performed and movement as an IT platform was inspected with a design of entire system and a general plan in each part.
I contributed to development of commodities and services of which themes are fresh vegetables and health, at the same time, I conducted questionnaire survey for examining of targeted market.
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