Покурите сорняки: лазеры могут сделать гербициды устаревшими

Mar 12, 2023

Мы все в тот или иной момент сталкивались с нежелательной растительной жизнью. Независимо от того, заполонил ли крабовая трава ваш газон или вам поручили прополку розового куста вашего дедушки, вы будете знать, что их нужно удалить и предотвратить. Что касается фермеров, просто представьте себе ту же проблему, но в масштабе, охватывающую тысячи акров.

Борьба с сорняками обычно требует применения агрессивных химикатов или чрезмерного ручного труда. Однако, как сообщает BBC, лазеры могут оказаться новым инструментом в борьбе с этим бедствием.

Сорняки создают всевозможные проблемы для сельскохозяйственной деятельности. Они крадут драгоценную влагу и питательные вещества из почвы и могут помешать правильному росту самих сельскохозяйственных культур. В тяжелых случаях они могут загрязнять продовольственные культуры, делая их небезопасными для потребления человеком. Для борьбы с сорняками фермеры обычно используют гигантские опрыскиватели, которые регулярно проливают поля гербицидами, как перед посадкой, так и во время фазы роста урожая. Они могут варьироваться от небольших устройств, устанавливаемых на рюкзаке, до гигантских самоходных машин со стрелами шириной 50 метров, которые могут распылять 10 000 литров средств против сорняков за один день.

Последние разработки в области борьбы с сорняками включают использование систем камер для различения сельскохозяйственных культур от сорняков в поле. Используются самые разные методы: от визуализации с помощью многоспектральных камер до использования систем искусственного интеллекта. Обычные опрыскиватели могут быть оснащены специальными регулируемыми форсунками, которые распыляют гербициды непосредственно на сорняки. Это экономит огромное количество химикатов по сравнению с опрыскиванием целых полей без разбора.

Эта же технология может помочь полностью устранить необходимость в гербицидах. На сорняки, обнаруженные системой камер, можно воздействовать мощными лазерами вместо использования химикатов для их уничтожения. Одна из таких систем была разработана компанией Carbon Robotics и известна как LaserWeeder. Прицепленный за трактором LaserWeeder способен уничтожать до 200 000 сорняков в час, используя группу из тридцати углекислотных лазеров мощностью 150 Вт, работающих на длине волны 10,6 мкм в инфракрасном диапазоне. Двенадцать камер высокого разрешения используются для съемки поверхности почвы и выявления сорняков, подлежащих уничтожению. Для работы системы требуется мощность 60 кВт, которая поступает от генератора, приводимого в действие валом отбора мощности трактора. Устройство способно покрывать ширину 20 футов и регулируется в соответствии с шириной междурядья культур.

Это простая идея, которая, тем не менее, требует большой технологической сложности для реализации. Лазерная система должна иметь точность до субмиллиметрового уровня, чтобы поражать сорняки в нужном месте меристемы и гарантировать успешное уничтожение. Однако результаты того стоят. Лазерная прополка устраняет необходимость использования дорогих химикатов на всем поле. Вместо этого лазер мгновенно уничтожает процветающие сорняки, а их остатки просто разрушаются в почве. Это также устраняет проблему сноса опрыскивания, когда ветер уносит гербицид от целевой культуры. В качестве бонуса LaserWeeder также может прореживать посевы, которые были пересеяны, помогая повысить урожайность к моменту сбора урожая.

Однако лазерная прополка, как и все целевые решения по прополке, может столкнуться с новыми препятствиями в будущем. Эволюция еще может поднять свою уродливую голову. Исторически сложилось так, что некоторые виды сорняков выработали устойчивость к различным распространенным гербицидам, что значительно усложнило борьбу с ними. То же самое могло произойти и здесь. Системы распознавания изображений искусственного интеллекта полагаются на уникальные визуальные особенности, чтобы определить, является ли растение желаемой культурой или ненавистным сорняком. Таким образом, такая система может создать эволюционное давление на сорняки в поле. Это может помочь размножению вредных сорняков, которые начнут визуально имитировать окружающие культуры ради собственного выживания.

У технологии есть один существенный недостаток: скорость. LaserWeeder шириной всего 20 футов и скоростью 1 миля в час обрабатывает всего 2 акра в час. Для сравнения, при использовании больших самоходных опрыскивателей в поле возможна производительность до 200 акров в час. Стоит отметить, что эта цифра может быть сокращена вдвое, если учесть время, необходимое для заправки бака для химикатов, но это по-прежнему является огромным аргументом в пользу традиционного распыления. Со временем компания надеется выпустить автономный LaserWeeder, который сведет на нет эту проблему, но это пока дело будущего.