انقلاب صنعتی چهارم؛ فناوریهای پیشرفته برای سمپاشی- قسمت آخر

پایگاه خبری DA1news: انقلاب صنعتی چهارم طیف وسیعی از صنایع و بخش های مختلف را پوشش می دهد، اما به نظر میرسد صنایع خودروسازی، هوایی و کشاورزی بیشترین میزان مشارکت را در توسعه این فناوریها و به کارگیری آنها دارند.
به گزارش اخبار روزانه کشاورزی، سومین و آخرین بخش از معرفی فناوریهای پیشرفته برای سمپاشی در محصولات زراعی به سمپاش مجهز به سامانۀ هواکمک، سمپاش یا نازل الکترواستاتیک، پایش و کنترل خودکار و هوشمند سمپاشها اشاره خواهد شد که می خوانید:

سمپاش مجهز به سامانۀ هواکمک
نازلهای مرسوم هیدرولیک به دلیل سادگی به طور گسترده برای کنترل علف های هرز، حشرات وقارچ ها در مزارع استفاده میشوند، اما در پوشش گیاهی کوتاه و متراکم، یکنواختی توزیع قطره های محلول در آنها بسیار ضعیف است. سمپاش های معمولی نمی توانند سم کافی به قسمتهای داخلی یا زیرین بوته ها برسانند که محل زندگی و خسارت بیشتر حشرات و بیماریهاست. در بسیاری ازموارد، کشاورزان برای افزایش نفوذ محلول سم در سایبا نهای متراکم گیاه، مقدار مصرف سم را بالا م یبرند.
اما قطره های محلول سم اغلب در سطوح بالایی گیاهان باقی می مانند.
فناوری هواکمک پیشرفت جدیدی است که با نصب روی ماشین های سمپاش کارایی آنها افزایش مییابد. در این سامانه، هوای تحت فشار از نازل های ویژه ای که در بالای سر نازل های محلول سم نصب شده اند، با فشار و زاویه مناسب به سمت پایین دمیده می شود. این جریان هوای فشرده با به هم زدن پوشش گیاهی، کج کردن و جداکردن بوته ها و انشعابهای آنها، محلول سم را به درون تودۀ گیاهان نفوذ میدهد(شکل 11).
سمپا شهای مجهز به سامانة هواکمک میتوانند بدون نیاز به ماشینهای مرسوم، هزینة بیشتر و نیروی کار بیشتر، عوامل کنترل آفات و بیمار یها را به طور اقتصادی و موثر در تودۀ گیاهی متراکم نفوذ دهند.
عوامل گوناگونی مانند سرعت هوای خروجی سامانه، حجم هوای خروجی سامانه، ارتفاع نازل خروجی هوا، زاویة برخورد هوای خروجی به پوشش گیاهی، فشار سمپاش و سرعت پیشروی میتوانند بر کارایی سمپاش مجهز به سامانة هواکمک اثر گذارند. سرعت هوای خروجی دمنده، نسبت به زاویة ورود هوا به پوشش گیاهی،با شدت بیشتری باعث تلفات سم و نایکنواختی در نفوذ قطره های محلول به درون پوشش گیاهی میشود .
اگر زاویه دمیدن هوا توسط سامانه هواکمک به درستی انتخاب نشود، نتیجه دلخواه به دست نمیآید و نفوذ حداکثری محلول سم به لایه های درونی پوشش گیاهی اتفاق نم یافتد .

   
شکل 11- سمپاش میکرونر هواکمک پشت تراکتوری

سمپاش یا نازل الکترواستاتیک
سمپاش مجهز به نازل الکترواستاتیک در اوایل دهة 1930 طراحی شد، اما ترویج و توسعة آن درسالهای اخیر به عنوان یکی از کارآمدترین روشهای سمپاشی و دوستدار محیط زیست مورد توجه قرارگرفته است. هدف کاربرد نازلهای الکترواستاتیک، افزایش نفوذ محلول سم در پوشش گیاهی است. فناوری نازلهای الکترواستاتیک شامل ایجاد بار الکتریکی ساکن در هر قطره از محلول است که از نازل خارج میشود و با ایجاد نیروی جاذبه بین قطرۀ محلول و اندام های گیاه (با بار خنثی) باعث چسبندگی بین ذرات محلول و اندا مهای گیاه میشود (شکل 12). قلب سمپاش الکترواستاتیک هواکمک، نازل با توانایی شارژالقایی تمیزه کنندۀ هواست که در دانشگاه جورجیا با نام تجاری ™MaxCharge ثبت اختراع شد.

شکل 12- سمپاش الکترواستاتیک پشت تراکتوری

هد سمپاش الکترواستاتیک محلول سم را ابتدا با استفاده از مکانیزم ویژه ای به ذرات بسیار ریز (50 میکرون) تبدیل میکند، پس از آن بار الکتریکی مثبت را در میدان مغناطیسی به ذرات محلول سم القا میکند وقطره های محلول را با ایجاد جریان هوا توسط سامانة هو اکمک به سمت پوشش گیاهی باغی (شکل 13) یاگیاهان زراعی (شکل 14) میفرستد .
در این سیستم پاشش، تزریق هوا با فشار زیاد به داخل نازل سمپاش باعث میشود که قطره های محلول خیلی سریع و پیش از تبخیر شدن به گیاه برسند. ذرات محلول سم به دلیل داشتن بار همنام مثبت از یکدیگر دور میشوند و به هم نمی چسبند، اما اندامهای گیاه که دارای بار منفی هستند، همة ذرات سم را به سوی خود می کشند و باعث نشستن کامل ذرات محلول روی سطو ح زیر و روی برگها میشوند.
در برگهای مومی که قطره های به سرعت از روی آنها جدا می شوند و بر زمین می ریزند، استفاده ازقطره های ریز باردار باعث چسبیدن محلول سم به همه سطوح برگها می شود.
در سمپاشی با این فناوری، حتی در سطوح متراکم و پنهان بوته ها، قطره های محلول به طور یکنواخت به برگهای گیاهان میرسند. نازلهای الکترواستاتیک به دلیل عدم بادبردگی و ریزش کمتر، راندمان پاشش بالایی دارند و با صرفه جویی در مصرف سموم، خطرهای بهداشتی و آلودگی محیط زیست را کاهش می دهند.

شکل 13- نازل و سمپاش الکترواستاتیک پشت تراکتوری برای سمپاشی باغ

شکل 14- نازل و سمپاش الکترواستاتیک پشت تراکتوری برای سمپاشی مزارع

سمپاشهای الکترواستاتیک را سمپاش های بسیار کم حجم نیز مینامند، زیرا میتوانند سمپاشی را باتولید قطره های ریز با قطر بین 50 تا 120 میکرون و مصرف محلول 5 لیتر بر هکتار به انجام برسانند درحالی که سمپاش های معمولی سمپاشی را با تولید قطره هایی با قطر بین 125 تا 500 میکرون و مصرف محلول 50 تا 400 لیتر در هکتار به انجام میرسانند.

ویژگیهای سمپاش مجهز به نازل الکترواستاتیک در زیر آورده شده است:
– کاهش مصرف سم تا 80 درصد .
– کاهش مصرف آب از 60 تا 80 درصد .
– کارایی زیستی بالاتر با پوشش یکنواخت سطوح هدف، رسوب در پشت برگها، کاهش بادبردگی و کاهش ریزش سم روی زمین (شکل 15).
– پوشش دهی گسترد هتر .
– نیاز به فشار معمولی .
– کاهش آلودگی محیط زیست .
– ساختمان ساده و کاربرد آسان.
خوشبختانه با افزودن نازل الکترواستاتیک و سامانة هواکمک می توان سمپا شهای معمولی موتوری تولید داخل کشور را به سمپاش الکترواستاتیک تبدیل کرد. برق مورد نیاز برای این سمپاشها نیز به آسانی میتواند از سر شمع موتور سمپاش یا برق تراکتور تامین شود.

فناوری نازل الکترواستاتیک انقلابی در کاهش باد بردگی و ریزش سم توسط سمپاش ایجاد کرده است اما استفاده از سامانه هواکمک در این سمپاشها میتواند با کاهش اثر دما و وزش باد بر نوسانها و حرکات نابجا و باد بردگی قطره ها کارایی آنها را افزایش دهد.

شکل 15-شماتیک پراکنش محلول سم روی محصول. پراکنش نایکنواخت در سمپاش معمولی (راست) و پراکنش یکنواخت در سمپاش مجهز به نازل الکترواستاتیک(چپ).

پایش و کنترل خودکار و هوشمند سمپاشها
در گذشتة نه چندان دور، فناور یهای پاشش هوشمند (سمپاش با مقدار پاشش متغیر و پهپاد سمپاش) معرفی شده اند که در آنها از سنسورها و فناوری هوش مصنوعی استفاده شده است. این فناوریها مزایای زیادی دارند مانند توان تشخیص آفات، بیماریها و علفهای هرز و سپس پاشیدن انتخابی مواد شیمیایی درنقاط مورد نیاز .
در سامانه های سمپاشی خودکار و هوشمند، ابتدا گیاه با استفاده از حسگر یا دوربین تصویربرداری شناسایی و پس از آن از الگوریتم های یادگیری عمیق برای شناسایی دقیق گیاهان و بیماریهای مختلف استفاده میشود که به تصمیم گیری سیستم پشتیبانی برای تعیین هدف کمک میکند. الگوریت مها گیاه وعلف کش را به طور خودکار برای سمپاشی انتخاب میکنند(شکل 16).
پیشرفتهای تازه در فناوری سمپاشها و استفاده از ربوتیک و فناوریهای خودکار مانند سمپاش بامقدار پاشش متغیر، پهپاد سمپاش و سمپاش الکترواستاتیک (زیر چتر کشاورزی دقیق) باعث شده تا سموم کشاورزی با دقت بسیار زیاد در زمان و نقاط درست استفاده شوند، میزان استفاده از سموم و مقدار باقیماندۀ آنها کاهش یابد، در هزینه ها صرفه جویی گردد و از محیط زیست محافظت شود.

(الف)                             (ب)                                (پ)

شکل 16- تشخیص گیاهان با استفاده از تصویربرداری. الف: تصویر RGB، ب: تصویر NIR و پ:
طبقه بندی گیاهان (سبز: محصول، قرمز: علف هرز)

این فناوریها با استفاده از سنسورها و اینترنت اشیا برای تشخیص آفات، بیمار یها و عل فهای هرز، اندازه گیری سایبان و شاخ و برگ گیاهان (پوشش گیاهی)، محاسبة ساختار برگ و سنجش پارامترهای آبو هوا، سم را به مقدار مورد نیاز روی نقاط هدف می پاشد. سمپاش های پیشرفته با نازلهای پاشندۀ کنترل شده و تشخیص سریع ساختار و شکل هندسی محصولات، که باعث کاهش بادبردگی و جلوگیری از مصرف بیش از حد سموم کشاورزی می شوند، تأثیر سموم را افزایش و آلودگی آب و خاک را کاهش م یدهند.
در سالهای اخیر سرویس تحقیقات داخلی وزارت کشاورزی امریکا  یک سیستم جهانی کنترل اتوماتیک و هوشمند پاشش با قابلیت متصل شدن به سمپاشهای موجود را به صورت تجاری توسعه دادهاست (شکل 17). این سامانة کنترل هوشمند میتواند بود یا نبود گیاه، اندازه، شکل و تراکم شاخ و برگ گیاهان هدف را تعیین کند و سپس به طور خودکار مقدار محلول را طبق برنامة تعیین شده و در زمان واقعیبه کار ببرد. با استفاده از این سامانه، تولید کنندگان سمپاش میتوانند به جای تولید سمپاشهای جدید، سمپاشهای فعلی خود را بدون نیاز به تغییر در طرح آنها، به ماشینهای دقیق با عملکردهای هوشمند ارتقا دهند. شرط اولیه برای به سازی سمپاشهای موجود، اتصال شیر برقی با جریان متغیر به هر نازل است و همة اجزای دیگر بدون تغییر در ساختار سمپاش به بدنة سمپاش متصل میشوند.

شکل 17- اجزای سامانۀ کنترل اتوماتیک و هوشمند پاشش با قابلیت متصل شدن به سمپاشهای موجود، ارائه شده
توسط سرویس تحقیقات کشاورزی آژانس تحقیقات داخلی وزارتکشاورزی امریکا.

ژ و و بوهر گزارش کردند که آزمایشهای میدانی روشن کرده است که این سامانه میتواندمیزان استفاده از آف تک شها را 30 تا 90 درصد و میزان بادبردگی را بین 60 تا 90 درصد کاهش دهد و ازمیزان ریزش محلول روی زمین 40 تا 80 درصد بکاهد. این سامانة جدید کنترل هوشمند پاشش، شامل یک سنسور لیزری جدید، یک تبلت اندروئیدی، یک واحد ناوبری با کمکGPS ، یک کنترل کنندۀ خودکارسرعت جریان محلول، واحد تصفیة هوا، یک جعبه سوئیچ و یک کیت ارتباط جهانی است.
سنسورهای لیزری بین تراکتور و سمپاش نصب میشوند تا گیاهان را در دو طرف سمپاش مشاهده کنند. سنسور لیزری 54000 سیگنال در ثانیه با محدودۀ تشخیص شعاعی 270 درجه منتشر میکند.
سیگنالهای لیزری که از پوشش گیاه باز میگردند برای تعیین وجود تاج گیاه، انداز هگیری ارتفاع، عرض،تراکم شاخ و برگ و حجم شاخ و برگ درختان استفاده میشود. رادار ناوبری به همراهGPS یا سنسور سرعت که در انتهای سمپاش نصب شده است، سرعت حرکت سمپاش و موقعیت ماشین را در مزرعه انداز هگیری میکند. جعبة کنترل سامانه بر اساس حجم شاخ و برگ گیاهان و سرعت پیشروی سمپاش ،میزان پاشش محلول را برای هر نازل تعیین م یکند و پس از آن محلول سم در زمان واقعی به قسمتهای مختلف هر گیاه پاشیده میشود. هر نازل به یک شیر برقی متصل است و میزان جریان نازل و زمان فعال یا غیر فعال شدن آن توسط واحد کنترل کنندۀ جریان اعمال میشود. کنترل کنندۀ جریان متشکل ازریزپردازنده هایی است که فرمان پاشش را برای هر نازل تولید و ارسال میکنند.