12 га за 30 секунд: в НовГУ разработали устройство для быстрой стимуляции роста сельхозкультур на больших полях

Устройство обрабатывает растения в ночное время с помощью лазерного излучения и способствует их дополнительному питанию и защите от вредителей, повышая тем самым урожайность. А благодаря его креплению к БПЛА исключается травмирующее механическое воздействие на растения и почву, как в случае с ручной обработкой или с помощью наземной техники.

Проблема повышения урожайности за счет использования растениями солнечной энергии уже давно привлекает внимание исследователей во всем мире. Ученые ищут экологичные способы, как усилить прямое действие света (не только солнечного) на растения для их роста и развития и при этом охватывать большие посевные площади. Михаил Даниловских, кандидат сельхознаук, радиоинженер, преподаватель Новгородского университета разработал для этих целей сканирующее устройство двухцветной лазерной обработки в ночной время с БПЛА.

— Все из нас помнят с уроков биологии, что растения производят продукты питания в процессе фотосинтеза, — рассказал Михаил Даниловских, разработчик устройства. — У фотосинтеза растений есть две фазы — световая (фотосистема II) и темновая (фотосистема I). Если объяснить простыми словами, во время световой фазы, то есть днем, образуется энергия в виде АТФ и универсальный донор атома водорода — восстановитель НАДФ. Эти вещества необходимы для протекания темновой фазы. А во время темновой, то есть ночью — с помощью энергии АТФ и восстановителя НАДФ, полученных в световую фазу, образуются простые сахара, происходит фиксация CO2 и образование конечных продуктов фотосинтеза.

Используемая в разработанном устройстве технология позволяет с помощью лазерного света активировать фотосистему II ночью и этим самым наработать растениям необходимую энергию. После отключения лазера фотосистема II перестаёт функционировать, а фотосистема I с помощью дополнительно сгенерированной энергии АТФ и восстановителя НАДФ дополнительно выработает конечные продукты фотосинтеза.

К слову, благотворное влияние лазерной обработки урожая показали и результаты полевых опытов. Так, в одном из таких опытов подопытным стала капуста сорта кольраби. А полигоном — поле в 12 га, на котором она была посажена. На протяжении периода созревания овоща БПЛА с прикрепленным к нему устройством поднимался над серединой поля по ночам и зависал там в течение 30 секунд. В итоге капуста с этого поля выросла в 2 раза крупнее и поспела на неделю раньше, чем та, что росла на соседнем без такой обработки. Таким образом, лазерная стимуляция способствует более высокой урожайности. Сельскохозяйственные культуры созревают быстрее, растения меньше болеют и становятся более устойчивыми к вредителям. Это уменьшает затраты на ядохимикаты для борьбы с вредителями, улучшает качество урожая и обеспечивает повышенную сохранность корнеплодов в овощехранилищах без дополнительных капиталовложений.

 Максимум пользы в 1,2 кг веса

Лазерная развертка представляет собой небольшое устройство с прозрачной защитной крышкой весом около 1,2 кг. Оно монтируется к корпусу БПЛА и работает от литий-ионного аккумулятора, заряда которого хватает на неделю ночных обработок.

Начинка разработки состоит из двух лазеров мощностью 1Вт/каждый, двух вращающихся полигональных зеркал строчной развертки и зеркальной прямоугольной призмы кадровой развертки, что установлена по центру устройства.

При попадании луча лазера на грань такого зеркала, свет отражается на призму (делается строчная развертка света). А та, вращаясь отражает луч вовне. То есть происходит кадровая развертка на 170° по осям x и y, тем самым формируя прямоугольный кадр площадью S = a × b, где a и b — длины сторон прямоугольного кадра.

Если такое устройство прикрепить к БПЛА и поднять на высоту 10-15 метров, то это даст возможность обработать площадь размером ~12 гектар.

Текущий статус — планы

На данный момент устройство полностью готово и запатентовано. Кроме того, в прошлом году была усовершенствована используемая в разработке технология, и стало возможным покрывать лазерным светом гораздо большие площади — до 1000 га. Такая объемная лазерная засветка с небольшой доработкой может применяться на только в сельском хозяйстве, но и в других областях. Например, для защиты территорий от посторонних БПЛА. Лазерная завеса не позволит оператору чужого беспилотника хорошо просматривать территорию: видеонаблюдение в таких условиях затрудняется.