Ученые создали экономного садового робота - поливальщика
Робот движется по саду и измеряет электрическую проводимость почвы.
Источник: Elia Scudiero/UCR. Робот, предназначенный для точного орошения цитрусовых садов, во время работы.
МОСКВА, 3 апреля. /Новости науки/. Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали систему точного полива, которая позволяет определять влажность почвы буквально у каждого дерева в саду. Новый робот помогает понять, где воды уже достаточно, а где ее не хватает, позволяя сократить перерасход воды в условиях засухи и ее растущего дефицита. Результаты работы опубликованы в журнале Computers and Electronics in Agriculture.
«Информация, которую дают обычные датчики, очень ограничена. По сути, она показывает только то, что происходит в непосредственной точке, где этот датчик установлен», — пояснил руководитель исследования, профессор точного земледелия и директор Центра сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды UCR Элия Скудиеро.
Как отмечают ученые, управление поливом — одна из главных проблем сельского хозяйства в Калифорнии и других засушливых регионах. Сейчас многие фермеры используют датчики влажности, которые закапывают в землю. Но такие датчики дороги, поэтому их обычно ставят лишь в нескольких местах. В результате аграриям приходится догадываться, насколько сильно условия отличаются в пределах большого сада или поля, где могут расти сотни и тысячи деревьев.
Между тем даже если оросительная система подает одинаковое количество воды по всему участку, реальная влажность почвы рядом с разными деревьями может сильно отличаться. Одна из причин — разный состав почвы.
Например, мелкодисперсные почвы удерживают воду сильнее, потому что у них больше поверхность, к которой она может «прилипать». Песчаные почвы, наоборот, пропускают воду быстрее. В итоге соседние деревья могут жить в очень разных условиях, хотя полив был одинаковым.
Новая система должна заменить такие приблизительные оценки подробной картой влажности. Робот движется по саду и измеряет электрическую проводимость почвы. Этот показатель зависит, в частности, от влажности, а также от содержания солей и глины.
Затем эти данные объединяют с показаниями обычных стационарных датчиков влажности, уже установленных в земле. На основе этой информации исследователи строят статистическую модель, которая позволяет рассчитать содержание воды по всему участку.
Итогом становится подробная карта распределения влаги — фактически дерево за деревом.
«С помощью этого метода фермеры наконец смогут понимать, сколько воды у них есть, сколько нужно и какие именно деревья нуждаются в поливе, если они пересохли», — сказал Скудиеро.
По словам ученых, это важно не только для экономии воды, но и для здоровья растений. Если дерево получает слишком мало влаги, оно испытывает стресс и становится более уязвимым для вредителей и болезней. Но и избыток воды опасен: он вытесняет воздух из почвы, и корни начинают страдать от нехватки кислорода.
Исследователи подчеркивают, что здесь нужен баланс — не слишком мало и не слишком много.
Новая технология может также помочь сохранить сады в условиях ужесточения ограничений на использование подземных вод и постоянного роста стоимости воды.
«Если воды становится мало, у фермеров есть два варианта. Либо выводить сады из эксплуатации, либо искать способы выращивать те же культуры, но с меньшим расходом воды», — отметил Скудиеро.
Еще одно возможное преимущество системы связано с удобрениями. При чрезмерном поливе питательные вещества могут вымываться ниже зоны корней и попадать в грунтовые воды, загрязняя их. Если же подавать растениям только необходимое количество воды, этот риск снижается.
Разработка создавалась несколько лет. Работа над ней началась еще в 2019 году в сотрудничестве агрономов и инженеров. Команда уже подала патентную заявку на один из элементов технологии — способ взаимодействия робота с датчиками так, чтобы не искажать их показания.
Пока испытания проходили в исследовательском цитрусовом центре университета, но в дальнейшем ученые собираются проверять систему уже на коммерческих хозяйствах. Для этого потребуется адаптировать роботов к работе в реальных полевых условиях, в разную погоду и на разных культурах.
Авторы считают, что в будущем такие системы могут стать частью более широкого перехода к точному земледелию, где роботы, датчики и анализ данных помогают фермерам использовать ресурсы гораздо эффективнее.
По словам исследователей, главная цель проста: получать больше урожая на каждую каплю воды.
«Информация, которую дают обычные датчики, очень ограничена. По сути, она показывает только то, что происходит в непосредственной точке, где этот датчик установлен», — пояснил руководитель исследования, профессор точного земледелия и директор Центра сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды UCR Элия Скудиеро.
Как отмечают ученые, управление поливом — одна из главных проблем сельского хозяйства в Калифорнии и других засушливых регионах. Сейчас многие фермеры используют датчики влажности, которые закапывают в землю. Но такие датчики дороги, поэтому их обычно ставят лишь в нескольких местах. В результате аграриям приходится догадываться, насколько сильно условия отличаются в пределах большого сада или поля, где могут расти сотни и тысячи деревьев.
Между тем даже если оросительная система подает одинаковое количество воды по всему участку, реальная влажность почвы рядом с разными деревьями может сильно отличаться. Одна из причин — разный состав почвы.
Например, мелкодисперсные почвы удерживают воду сильнее, потому что у них больше поверхность, к которой она может «прилипать». Песчаные почвы, наоборот, пропускают воду быстрее. В итоге соседние деревья могут жить в очень разных условиях, хотя полив был одинаковым.
Новая система должна заменить такие приблизительные оценки подробной картой влажности. Робот движется по саду и измеряет электрическую проводимость почвы. Этот показатель зависит, в частности, от влажности, а также от содержания солей и глины.
Затем эти данные объединяют с показаниями обычных стационарных датчиков влажности, уже установленных в земле. На основе этой информации исследователи строят статистическую модель, которая позволяет рассчитать содержание воды по всему участку.
Итогом становится подробная карта распределения влаги — фактически дерево за деревом.
«С помощью этого метода фермеры наконец смогут понимать, сколько воды у них есть, сколько нужно и какие именно деревья нуждаются в поливе, если они пересохли», — сказал Скудиеро.
По словам ученых, это важно не только для экономии воды, но и для здоровья растений. Если дерево получает слишком мало влаги, оно испытывает стресс и становится более уязвимым для вредителей и болезней. Но и избыток воды опасен: он вытесняет воздух из почвы, и корни начинают страдать от нехватки кислорода.
Исследователи подчеркивают, что здесь нужен баланс — не слишком мало и не слишком много.
Новая технология может также помочь сохранить сады в условиях ужесточения ограничений на использование подземных вод и постоянного роста стоимости воды.
«Если воды становится мало, у фермеров есть два варианта. Либо выводить сады из эксплуатации, либо искать способы выращивать те же культуры, но с меньшим расходом воды», — отметил Скудиеро.
Еще одно возможное преимущество системы связано с удобрениями. При чрезмерном поливе питательные вещества могут вымываться ниже зоны корней и попадать в грунтовые воды, загрязняя их. Если же подавать растениям только необходимое количество воды, этот риск снижается.
Разработка создавалась несколько лет. Работа над ней началась еще в 2019 году в сотрудничестве агрономов и инженеров. Команда уже подала патентную заявку на один из элементов технологии — способ взаимодействия робота с датчиками так, чтобы не искажать их показания.
Пока испытания проходили в исследовательском цитрусовом центре университета, но в дальнейшем ученые собираются проверять систему уже на коммерческих хозяйствах. Для этого потребуется адаптировать роботов к работе в реальных полевых условиях, в разную погоду и на разных культурах.
Авторы считают, что в будущем такие системы могут стать частью более широкого перехода к точному земледелию, где роботы, датчики и анализ данных помогают фермерам использовать ресурсы гораздо эффективнее.
По словам исследователей, главная цель проста: получать больше урожая на каждую каплю воды.