Проезжая через Айову, Хендрик Дж. Вильджоен, выдающийся профессор химической и биологической инженерии в Университете Небраски, заметил, что поля сои с каждым сезоном все больше зарастают сорняками. Виновником является устойчивый к глифосату сорняк под названием «пальмовый амарант», который угрожает посевам на Среднем Западе.
Один из пестицидов, который в настоящее время используется для борьбы с пальмовым амарантом, называется «Дикамба», но он оказывает разрушительное воздействие на прилегающие территории, нанося вред деревьям и другим культурам, поскольку имеет тенденцию сноситься при распылении в ветреную погоду.
Как твердо убежденный в том, что наше благополучие тесно связано со здоровьем сельскохозяйственных культур и животных в нашей пищевой цепочке, Вилджоен сообщает в журнале Physics of Fluids из AIP Publishing, что он был вдохновлен чтобы создать способ борьбы с сорняками, который устраняет любой риск переноса пестицидов.
«Раствор пестицида можно стабилизировать на вращающемся горизонтальном цилиндре/ролике, похожем на деревянную ложку для меда», - сказал Вилджоен. «Его стабильность зависит от скорости, с которой вращается аппликатор. Но валик - это только часть более крупного процесса, и есть некоторые технические детали, касающиеся валика, которые мы также рассматриваем, а именно пополнение загрузки пестицида за счет впитывания из аппликатора. резервуар в центре цилиндра."
Способ применения пестицидов к растениям имеет значение. Их можно распылять с верхней части листа, накатывать или наносить зубчатым валиком, чтобы одновременно царапать его и наносить пестицид.«Мы придем к оптимальной конструкции только в том случае, если поймем, как активный ингредиент пестицида доставляется к сорняку, как он попадает во флоэму (сосудистая система растения, которая транспортирует активный ингредиент) и эффективность его механизма уничтожения. - объяснил Вилджоен.
Для нанесения пестицида на сорняки катки можно установить на небольших роботах или тракторах. «Наша текущая цель исследования - разработать систему, в которой беспилотные летательные аппараты отображают поля и передают изображения обученным нейронным сетям для идентификации сорняков», - сказал он. «Информация о видах сорняков и их точном местонахождении затем будет использоваться роботами для точечной обработки сорняков».
Один ключевой вывод, сделанный группой Вильджоена, заключается в том, что предпочтительным способом работы с роликом является его вращение таким образом, чтобы исходная скорость на нижней стороне ролика совпадала с направлением движения робота. В настоящее время они проводят эксперименты, чтобы определить любую склонность к поглощению пальмового амаранта, а также изучают возможность сделать часть поверхности ролика зазубренной.«Идея состоит в том, чтобы физически проникнуть в эпидермис, чтобы увеличить количество активного ингредиента, доставляемого к сорняку», - сказал он. «Чтобы расширить наше понимание, мы разработали математическую модель транспорта пестицида во флоэме».
Значение этой работы заключается в том, что, несмотря на растущее давление с целью производства достаточного количества продовольствия для растущего населения, нынешний подход является неустойчивым. Сегодняшняя тенденция заключается в использовании увеличенных количеств и более сильнодействующих химикатов для борьбы с сорняками и инвазивными видами, выработавшими устойчивость к ранее эффективным пестицидам.
«Мы должны свести к минимуму воздействие нашей практики на окружающую среду и сократить использование химических веществ, их остатков и метаболитов в нашей пищевой цепочке и на экологию в целом», - сказал Вилджоен. «Существуют технологии, которые могут помочь нам в достижении этих целей. Технологии точного опрыскивания используют искусственный интеллект для выявления сорняков и опрыскивания только определенных участков, но мы можем добиться большего. Мы должны устранить риск сноса и свести к минимуму воздействие пестицидов на урожай и почву».
Разработка аппликатора, работающего без сноса и предназначенного для обработки сорняков, проложит путь к автономной борьбе с сорняками с помощью интеллектуальных роботов. «На данном этапе мы не можем представить себе полную полезность этих роботов, но они дают нам возможность исследовать поля и предупреждать нас о вспышках болезней, ожогах или нематодах», - сказал Вилджоен. «В будущем каток - с некоторыми модификациями - также можно будет использовать для доставки малых молекул РНК к растениям. Небольшие фермы, ориентированные на специализированные продукты, скорее всего, станут первыми, кто применит эту технологию».