NASA Space Apps Challenge Yokohama 2021

Code for HodogayaはNASA SPACE APPS 2021にてチームSAMURAI SPROUTSとして参加しました。

2021-10-02（土）と 3（日）に、オンラインバーチャルハッカソン『NASA International Space Apps Challenge 2021』にてCode for Hodogayaの志田と島田が参加しました。 

https://www.exploration.jaxa.jp/news/20210922.html

【プロジェクト内容(英文）】

以下の通りです。
https://2021.spaceappschallenge.org/challenges/statements/have-seeds-will-travel/teams/samurai-sprouts/project

【ハッカソンとは？】

エンジニアなどがチームを作り、出題される共通の課題に対してアプリケーションやサービスを開発し、
成果を競う開発イベントです、分野と問わずどなたでも参加できるオープンなイベントです。

★主催：

NASA、JAXA、ESA（欧州宇宙機関）、ASA（オーストラリア宇宙局）、AEB（ブラジル宇宙機関）、CSA（カナダ宇宙庁）、CONAE（アルゼンチン宇宙活動委員会）、NSSA（バーレーン国家宇宙科学機関）、AEP（パラグアイ宇宙機構）、SANSA（南アフリカ国立宇宙機関）

提供された28の課題の内以下課題
https://www.satnavi.jaxa.jp/ja/news/2021/09/09/5792/index.html

【チームSAMURAI SPROUTSとは？】

【課題：Have seeds will travel! 種子の宇宙移動！】

長期の探査任務のための実行可能な食料機構はまだ存在していませんが、乗組員の健康とパフォーマンスを維持する必要があります。

あなたの課題は、火星への輸送ミッションと地球への輸送ミッションで4〜6人の乗組員の栄養要件をサポートできる展開可能な作物生産システムを設計することです。

つまり、長期の有人探査ミッションでの月や火星の初期の居住地で乗組員が展開可能な農作物生産システムの設計開発。

【解決案】

Gel loop-宇宙のためのゼロウェイスト植物生育養分循環機構

Gel loop-宇宙のためのゼロウェイスト養分循環栽培ユニット

概要：

「Gel loop」は、土壌の代わりにヒドロゲルポリマービーズを使用しています。

ビーズは乾燥すると直径2mmになり、液体肥料やリサイクル廃水に浸すと2cmのゲルボールに拡大します。

これにより、農業用ユニットを使用していないときにスペースと重量を節約できます。

ユニット内のCO2、O2、Nレベルは、フィルター付きファンで自動調整されます。

地球上の農民は作物を監視し、問題と熟度を通知します。

作物廃棄物と人間の廃棄物は、肥料と燃料を作るためにきのこ床で栽培されます。

乗組員は、一致する液体肥料と組み合わせて、選択した作物を選択できます。この解決策は、水質汚染を減らし、食糧不足を解決するために地球に適用することができます。

シミュレーションアプリはこちらのGitHubから
https://github.com/keix1/SpaceApps2021

【ハニカムコンテナ】

ハニカムコンテナには、ヒドロゲルが含まれます。ホースは丸い容器を私たちの堆肥エリアに接続します。

プロジェクトの詳細な説明

[それは何をするためのものか？]

「ゲルループ」は、ヒドロゲルポリマービーズと液体肥料を土壌として機能させることにより、廃棄物と作物をつなぐ養分循環です。

[利点]

1）各植物の種子および栄養芽、地下茎類の植物には一致する液体肥料のセットがあるため、乗組員は複数の種類の野菜にアクセスできます

2）ヒドロゲルポリマービーズは、保管時に小型で軽量です。それらはまた、土壌と比較した場合、清潔で維持が容易です。

3）地球上の農民を関与させ、宇宙農業データをオープンデータとしてオンラインで共有することは、一般の人々の間で廃棄物ゼロ農業への関心を高めるでしょう。また、宇宙船の乗組員が農業関連のタスクを専門家に委任できるようになります。

4）乗組員に作物の収穫に参加してもらうことは、彼らの使命に対する意識を高めるのに役立ちます。

5）人間と作物の廃棄物は、肥料、燃料、建築資材を提供します。

【達成できること】

このゼロウェイストサイクルは、地球だけでなく、月や火星にも適用できます。

それは水質汚染を防ぎ、食糧と水の不足を解決します。また、自動化された遠隔農業への投資と進歩を促進します。より技術的な進歩により、私たちは最終的に近くの惑星で温室を遠隔操作できる

機構案作成のために使ったウェブツール

Unity

Blender

Unreal Engine

Nvidia Flex

Miro

3D CAD

【「ゲルファーミングキット」へのヒドロゲルの添加方法】

メッシュ構造により、ヒドロゲルを微小重力下でキットに均等に分散させることができます。

https://youtu.be/1bf3xBIAx48

[どのように機能しますか？（詳細）]

https://drive.google.com/file/d/1BcMw4-oguJ_bi-mZGLB6MlMygsLF9laZ/view?usp=sharing

このオープンデータは、[ハニカムコンテナ]を備えた野菜生産システムに関するものです。

http://linkdata.org/work/rdf1s8912i/OpenworksFSC.html?key=#work_information

宇宙機関のデータ

1）ISSの内部構造（NASAオープンデータ）

https://nasa3d.arc.nasa.gov/detail/iss-internal

2）ISSの内部（NASAオープンデータ）

https://www.euronews.com/2019/07/17/see-360-degree-view-inside-international-space-

[データからの影響]

上記のデータから、ISS内のスペースがいかに限られているかがわかりました。

また、貨物と機械の間の小さなスペースを乗組員が移動するのがいかに難しいかを直感的に理解することができました。 （データ1から）

船内で物体を動かすように乗組員に依頼しないことが非常に重要です（データ2による）。したがって、栄養システムを自動化し、サイクルを閉じる必要があります。 NASAの信頼性は、プロジェクト全体を通して私たちに刺激を与えました。データ1を使用して、農業キットの大きさを理解しました。

ハッカソンジャーニー

さまざまな分野の人々がこんなに短い時間で集まり、1つのビジョンで協力して、宇宙での生活をより高度なものにする方法を学びました。

私たちのチームメンバーの1人はキノコの専門家であるため、堆肥を作りました。私たちは皆、AI、スマート農業、オープンデータ、ソーシャルビジネス、表現、芸術、生物学などのさまざまな観点から専門知識を提供しました。

チャレンジ中にアイデアを争う人は誰もいませんでした。ソリューションの断片をゆっくりと開発しながら、全員が互いに応援し合いました。

このような貴重な体験を提供してくれたNASAとJAXAに感謝します!!

参照

NASA : ISS internal

https://nasa3d.arc.nasa.gov/detail/iss-internal

https://www.space.com/3-international-space-station.html

https://www.euronews.com/2019/07/17/see-360-degree-view-inside-international-space-station

http://www.spacearchitect.org/pubs/IAC-02-IAA.8.2.04.pdf

https://www.nasa.gov/pdf/167120main_Elements.pdf

https://www.researchgate.net/publication/252368525_International_Space_Station_ISS_TransHab_An_Inflatable_Habitat

PMM

https://www.mitsubishielectric.co.jp/me/dspace/column/c1810_1.html

https://iss.jaxa.jp/iss/ulf5/mission/payload/pmm/

HTV

http://www.mitsubishielectric.co.jp/society/space/himitsu/knowledge01.html

JAXA : What happens to plants in zero gravity?

https://www.jaxa.jp/article/special/kibo/takahashi_j.html

JAXA : Algae contribute to food in space!

https://chitose-bio.com/jp/news/1103/

National Geographic Japan website : Plant Roots Grow the Same in Zero Gravity as on Earth

https://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/14/7176/

Gel refrigerator

https://togetter.com/li/1570878

Growing Vegetables on Polymer Films

https://project.nikkeibp.co.jp/mirakoto/atcl/food/h_vol15/

Cultivation Technology for Growing Potatoes in the Air

https://smartagri.jp/p/805/

https://www.youtube.com/watch?v=9ck5iEP03g4

Hydroponics equipment

https://nomad-life.net/1942977/%e6%a0%bd%e5%9f%b9-%e7%ae%a1%e7%90%86/%e3%80%90arduino%e7%ae%a1%e7%90%86%e3%80%91%e5%99%b4%e9%9c%a7%ef%bc%88%e3%82%a8%e3%82%a2%e3%83%ad%e3%83%9d%e3%83%8b%e3%83%83%e3%82%af%ef%bc%89%e8%87%aa%e4%bd%9c%e6%a0%bd%e5%9f%b9%e8%a3%85%e7%bd%ae/post-429/2

JAXA : Water Recovery System: WRS

https://fanfun.jaxa.jp/faq/detail/87.html

Mashiro gel

https://www.nims.go.jp/openhouse/oyatsu1.html

Agarose gel

http://www2.vmas.kitasato-u.ac.jp/biochemistry/staff/research_projects_YOSHIKAWA/agarose_gel.html

honeycomb ball

https://www.youtube.com/watch?v=huUuFPf9-TY

3D printer in the ISS

https://www.nasa.gov/content/international-space-station-s-3-d-printer

International Space Station’s Plant Habitat.

https://www.nasa.gov/image-feature/nasa-astronaut-megan-mcarthur-cleans-up-plant-debris/

ISS

https://www.mext.go.jp/component/b_menu/shingi/toushin/__icsFiles/afieldfile/2014/09/29/1352168_2.pdf

Circulating environment of ISS

https://fanfun.jaxa.jp/faq/detail/70.html

Imec, a technology for growing plants on a thin film

https://www.youtube.com/watch?v=S_uMOVCkvB0&t=206s

Daily nutrient requirements for astronauts, etc.

https://edu.jaxa.jp/contents/other/himawari/pdf/7_plan.pdf

Shiitake Mushroom Cultivation : Open Data Application Example

https://www.soumu.go.jp/main_content/000564346.pdf

Cultivation data search system

https://www.nakakamado.com/2021/09/opendata.html?m=1

Remote cultivation of mushrooms (smart agriculture)

https://smartagri-jp.com/news/amp/3005

Results of Radioactive Material Testing of Wild Mushrooms

https://www.pref.niigata.lg.jp/site/opendata/1349042477537.html

Relationship between mushrooms and radioactive materials (cesium)

https://www.nies.go.jp/whatsnew/20200116/20200116.html

Absorption rate of radioactive materials in vegetables

https://www.naro.go.jp/publicity_report/publication/files/tohoku_news37p6.pdf

Astronauts exposed to radiation

https://wired.jp/2021/02/17/nasa-wants-to-set-a-new-radiation-limit-for-astronauts/

Exposure of plants that grow in the soil

https://amp.dw.com/en/leafy-vegetables-absorb-radiation-most-easily/a-14943659

https://www.smithsonianmag.com/science-nature/good-news-foodies-truffles-are-not-stuffed-chernobyl-radiation-180958217/

Radioactive Materials in Mushroom Logs

https://www.ffpri.affrc.go.jp/pubs/various/documents/kinoko-genboku.pdf

Materials that block radiation

https://wired.jp/2011/04/01/%E3%83%81%E3%82%A7%E3%83%AB%E3%83%8E%E3%83%96%E3%82%A4%E3%83%AA%E3%81%AB%E5%AD%A6%E3%81%B6%EF%BC%9A%E6%94%BE%E5%B0%84%E8%83%BD%E3%81%AE%E9%81%AE%E6%96%AD%E3%81%AF%E5%8F%AF%E8%83%BD%E3%81%8B/

Light Weight Radiation Shielding for Space Environments on JSTOR

https://www.jstor.org/stable/44737893

Farming on Mars: A future for synthetic biology off Earth - SynBioBeta

https://synbiobeta.com/farming-on-mars-a-future-for-synthetic-biology-off-earth/

Uncovering the hidden half of plants using new advances in root phenotyping. - Abstract - Europe PMC

https://europepmc.org/article/pmc/6378649

Automating Strawberry Pollination with AI Robots

https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/spv/2101/19/news008.html

16 vegetables and ornamental plants that can be grown hydroponically

https://greensnap.jp/article/7854

Vegetable Garden with Hydrogel in Space

https://youtu.be/3kDXZ43XgkU

https://youtu.be/eu5EwxMwHyc

20 recommended foods with a long shelf life

https://www.sei-inc.co.jp/column/2021/05/06/%E8%B3%9E%E5%91%B3%E6%9C%9F%E9%99%90%E3%81%8C%E9%95%B7%E3%81%84%E9%A3%9F%E6%9D%90%E3%81%8A%E3%81%99%E3%81%99%E3%82%8120%E9%81%B8%E2%94%82%E9%9D%9E%E5%B8%B8%E9%A3%9F%E3%81%AB%E6%9C%80%E9%81%A9%EF%BC%81/

Materials used in spacecraft (to maintain interior temperature)

https://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/sts_sys.html

Food Safety testing

https://techport.nasa.gov/view/14700#stage

Agri-Tech

https://ideasforgood.jp/2017/03/01/hawkspexmobile/

Data from observation of mushroom beds.

https://creativecityagricultrelab.wordpress.com/

Robotic injection

https://getnavi.jp/world/473926/?amp=1

Origami

https://www.nippon.com/ja/currents/d00161/

Elephant in a Box

https://www.rakunew.com/items/82391?t=workspace

Orion : ULPA filter

https://www.orionkikai.co.jp/faq/products/pap/post-805/

ISS bacteria

https://japanese.engadget.com/jp-2019-04-09-iss.html

New materials

https://www.spiber.inc/