研究紹介
3Dプリンターによる変形規定構造を用いたマッシュルームの立体栽培収穫技術
マッシュルームは低カロリーかつ高たんぱく、その他食物繊維などの豊富な栄養素を備えていることが注目され、需要が高まっている食材のひとつです。国内ではブランドマッシュルームの提供、加工品販売、直営レストランを介して、顧客数の増加に成功している産業ですが、実は国内の生産システムは欧米の規模・生産量に絶対的に劣るという側面もあります。
マッシュルーム栽培では菌床棚と呼ばれる栽培方式が用いられます。しかし、収穫適齢期を迎えるとその成長速度が凄まじく、この方式では収穫が追いつかない、品質が保てないなどの収穫作業の限界によりなかなか効率を高められないという課題がありました。そこで、私たちは「立体培地」という新しい概念を提唱し、生分解性樹脂による変形構造の3Dプリンティングをマッシュルーム栽培に適合するよう設計し、その栽培の実証実験を行いました。培地ごと落下させるだけで収穫できる機構も併せて開発することで国産マッシュルームのスマートな生産に寄与することが可能になります。
企業様との共同研究の充実と成果の実現へ。
具体的には、井桁構造（Parallele cross structure）と呼ばれる構造をベースに、マッシュルームが前後左右上下の6面に生育できるようなスペースを設けることで、立体を生かした成長を促します。また、実際のマッシュルーム栽培では栽培に使用するすべての材料をリサイクルできることが望ましく、廃棄材を作らないという点も重要なポイントになります。そこで積水化成品工業株式会社と共同研究を実施し、生分解性樹脂の3Dプリンター用フィラメントを開発しました。このフィラメントを参考に図のような一方向（自重でつぶれる方向）には大きく収縮し、そのほかの方法からは変形しづらい変形規定構造を設計し、造形しました。この造形物の内部にマッシュルームの種となる菌床、外側に栄養となる覆土を被せることで立体培地が完成し、検証により実際にマッシュルームが栽培可能であることを示しました。（特許出願済み）
立体培地は我々が開発したオリジナルの栽培方法のため、有効な収穫方法はまだありませんでした。試行錯誤の結果、落下させた衝撃をマッシュルームが傷つかないように覆土にだけ伝えて剥落させる方法を提案しました。変形シミュレーションを通じて、どの位置から落下させると良いか計算し、そこから導き出されたパラメータを用いて落下収穫機構の設計を行いました。結果として、マッシュルームは全ての面から回収することができることが示されました。この技術は生物系特定産業技術研究支援センターのオープンイノベーション研究・実用化推進事業として、舟形マッシュルーム様のご協力をいただきながら取り組みました。
マッシュルームの立体栽培収穫技術は、従来とは全く異なるアプローチで耕地面積を拡張し、農作物栽培の新たな可能性を切り開きます。
特に生育速度の速い農作物に対する収穫の手間と個々の品質管理が可能となり、国産の農作物に対する応用が期待されます。
| Year | Name | Title | Conference |
|---|---|---|---|
| 2023 | Kouki Saito, Jun Ogawa, Yosuke Watanabe, M. D. Nahin, Islam Shiblee, Masaru Kawakami, Hidemitsu Furukawa | Mushroom cultivation and harvesting in media supported by 3D-printed anisotropic elastic structures | Artificial Life and Robotics |
| 2022 | 齋藤鴻樹, 小川純, 渡邉洋輔, MD Nahin, Islam Shiblee, 川上勝, 古川英光 | 立体的な培地を用いたマッシュルーム栽培 | Conference on 4D and Functional Fabrication 2022 （最優秀プレゼンテーション賞） |
| 2023 | 齋藤 鴻樹, 純 小川, 洋輔 渡邉, エムディナヒン イスラム シブリ, 川上 勝, 古川 英光 | 立体的な培地を用いたマッシュルーム栽培の効率化 | 第53回東北学生会卒業研究発表講演会 |
| 2023 | 齋藤鴻樹、小川純、渡邉洋輔、エムディナヒンイスラム・シブリ、川上勝、古川英光 | 3D 印刷型の異方弾性構造に支持された立体培地を用いたマッシュルーム栽培の自律化 | ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2023 |
| 2023 | Kouki Saito, Jun Ogawa, Yosuke Watanabe, MD Nahin Islam Shiblee, Hidemitsu Furukawa | Development of a 3D Mushroom Cultivation Medium with Drop Harvesting Mechanism Based on a 3D Printed Elastic Structure | 2023 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC) |
| 2024 | 小川純 | 国産マッシュルームの生産拡大に資する革新的３D印刷による立体培地技術および自動収穫・スマート栽培法の開発 | オープンイノベーション研究・実用化推進事業（基礎研究ステージ・チャレンジタイプ）/研究紹介２０２４ |