Autonom ukrudtsbekæmpelse via smarte robotter

Kører over Iowa, Hendrik J. Viljoen, fremtrædende professor i kemisk og biologisk teknik ved University of Nebraska, bemærkede, at sojabønnemarker blev mere og mere inficeret med ukrudt hver sæson. Synderen er et glyphosatresistent ukrudt kaldet "palmer amaranth, "som truer afgrøder i Midtvesten.

Et pesticid, der i øjeblikket bruges til bekæmpelse af palmer amaranth, er "Dicamba, "men det har ødelæggende virkninger på tilstødende områder, skade træer og andre afgrøder, fordi den har tendens til at drive, når den sprøjtes under blæsende forhold.

Som en fast tro på konceptet om, at vores velbefindende er tæt knyttet til sundheden for afgrøder og dyr i vores fødekæde, Viljoen beretter i tidsskriftet Væskers fysik , at han blev inspireret til at skabe en måde at få øje på ukrudt, der eliminerer enhver risiko for pesticiddrift.

"En pesticidopløsning kan stabiliseres på en roterende vandret cylinder/rulle, der ligner en honningdipper i træ, "sagde Viljoen." Dens stabilitet afhænger af den hastighed, hvormed applikatoren roterer. Men rullen er kun en del af en større proces, og der er nogle tekniske detaljer vedrørende valsen, som vi også adresserer, nemlig at genopbygge pesticidmængden ved at transportere fra et reservoir i midten af ​​cylinderen. "

Den måde, hvorpå pesticider påføres planter, gør en forskel. De kan sprøjtes fra toppen af ​​bladet, rullede på, eller leveres af en tandrulle til samtidig at rense den og anvende pesticidet. "Vi når kun til et optimalt design, hvis vi forstår, hvordan den aktive ingrediens i pesticidet leveres til ukrudtet, hvordan det kommer ind i floemet (plantens vaskulære system, der transporterer den aktive ingrediens), og effektiviteten af ​​dens drabsmekanisme, "Forklarede Viljoen.

For at anvende pesticidet på ukrudt, ruller kan monteres på små robotter eller traktorer. "Vores nuværende forskningsmål er at udvikle et system, hvor ubemandede luftfartøjer billedfelter og fodrer billederne til uddannede neurale netværk for at identificere ukrudtet, "sagde han." Oplysningerne om ukrudtsarter og deres nøjagtige placering vil derefter blive brugt af robotterne til at få øje på ukrudtet. "

Et centralt fund ved Viljens gruppe er, at den foretrukne måde at betjene rullen på er at rotere den, så den originale hastighed ved valsens underside falder sammen med den retning, robotten bevæger sig. De laver nu eksperimenter for at bestemme enhver optagelseskrævning for palmer amaranth, samt at udforske at gøre en del af valsens overflade savtakket. "Ideen er at fysisk trænge ind i epidermis for at øge mængden af ​​aktiv ingrediens, der leveres til ukrudtet, "sagde han." For at udvide vores forståelse, Vi har udviklet en matematisk model for transport af pesticider i floemet. "

Betydningen af ​​dette arbejde er, at mens der er et stigende pres for at producere mad nok til en voksende befolkning, den nuværende tilgang er uholdbar. Tendensen i dag er at bruge øgede mængder og mere potente kemikalier til bekæmpelse af ukrudt og invasive arter, der har udviklet resistens over for tidligere effektive pesticider.

"Vi skal minimere virkningen af ​​vores praksis på miljøet og reducere brugen af ​​kemikalier, deres rester og metabolitter i vores fødekæde og på den større økologi, "Viljoen sagde." Der findes teknologier, der kan hjælpe os med at nå disse mål. Præcisionssprøjteteknologier bruger kunstig intelligens til at identificere ukrudt og sprøjter kun bestemte områder, men vi kan gøre det bedre. Vi bør fjerne risikoen for afdrift og minimere eksponering af afgrøder og jord for pesticider. "

Udvikler en driftsfri, ukrudtsspecifik applikator vil bane vejen for autonom ukrudtsbekæmpelse med smarte robotter. "På dette tidspunkt, vi kan ikke forestille os den fulde nytte af disse robotter, men de giver os mulighed for at undersøge felter og advare os om sygdomsudbrud, rødme eller nematoder, "sagde Viljoen." I fremtiden vil rullen - med nogle modifikationer - kunne også bruges til at levere små RNA -molekyler til planter. Mindre landbrugsoperationer, der fokuserer på specialiserede produkter, vil sandsynligvis være de første adoptere af teknologien. "