Ученые ТПУ создают инновационную роботизированную теплицу, пригодную для условий Арктики

Ученые и исследователи Томского политехнического университета реализуют масштабный междисциплинарный проект по разработке и строительству инновационного автономного тепличного полигона. Для его функционирования будут применяться передовые технологии политехников: фитотроны, керамические излучатели, спектроскопические исследования, автоматизированные системы управления и другие. Если «умная» теплица докажет свою эффективность, опыт политехников можно будет использовать в регионах с экстремальными погодными условиями, например, в Арктике.

По словам руководителя проекта, ассистента отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий Дамира Валиева, разработка была поддержана грантом из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ. Проект «Разработка инновационного ресурсоэффективного исследовательского блочно-модульного тепличного полигона с применением цифровых технологий и робототехники, в том числе для использования в условиях Арктики» рассчитан на год. Работа над проектом уже начата.

Место для размещения будущего тепличного полигона уже определено — это будет площадка возле 11-го корпуса ТПУ (пр. Ленина, 2, стр. 4). Теплица будет состоять из стального каркаса, обшитого со всех сторон двойным слоем антикоррозионной пленки с достаточно высоким уровнем прозрачности для обеспечения естественного освещения. Общая площадь исследовательского комплекса — порядка 300 квадратных метров. Каркас и все составляющие теплицы учеными уже получены. Строительно-монтажные работы будут проходить летом.

«Полигон будет разбит условно на три секции. Порядка 50 % площади будут занимать посадки. Для начала мы планируем выращивать там огурцы. Затем исследовательский блок, где будут отрабатываться режимы излучения для роста растений. 

Там планируем начать с выращивания салата и микрозелени — она достаточно популярна, полезна, обладает интересными вкусовыми характеристиками и достаточно неприхотлива. В этом блоке будет проводиться фундаментальная часть исследований. Там же будут тестироваться роботизированная система и режимы облучения. Пока идея такая: разработать некую роботизированную платформу, которая будет заниматься расстановкой горшочков с растениями с последующим сбором и складированием. Возможно, получится использовать квадрокоптер для реализации процесса опыления, который необходим, например, для выращивания клубники. Сейчас прорабатываем возможные варианты. Третий блок будет отдан под хозяйственную часть», — поясняет Дамир Валиев.

Фото: опытные образцы растений, выращиваемых учеными ТПУ

По замыслу политехников, полигон фактически не будет зависеть от внешних факторов: искусственное освещение будет обеспечивать наилучшие для роста режимы, в теплице круглый год планируется поддерживать оптимальную температуру. Также на полигоне будет установлена гидропонная система, подразумевающая отсутствие почвы и питание корневой зоны растений с использованием специальных растворов с определенными микроэлементами. Полив будет осуществляться капиллярным методом. Управление системами теплицы будет автоматизированным.

Добавим, над проектом работают сразу четыре группы ученых ТПУ: каждая отвечают за свою задачу. Так, сотрудники отделения материаловедения будут работать над адаптацией искусственного освещения под эффективное управление метаболизмом растений. Для этого планируется использовать поликристаллические люминесцентные материалы — керамические преобразователи.

«Их преимущества обусловлены более высокой эффективностью преобразования УФ-излучения в видимое, с высокими тепловыми характеристиками, обеспечивающими длительный срок службы твердотельных источников света. 

Системы на основе данных технологий могут быть очень эффективными сместителями спектра, которые по целому ряду параметров могут оказаться перспективными для применения в агросекторе», — уточняет руководитель проекта.

Вторая группа под руководством профессора Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Евгении Шеремет занимается задачами, связанными с методами экспресс-оценки состояния растений. Для работы ученые будут использовать оптические методы, в частности, Рамановскую спектроскопию.

Третья группа работает над созданием уникальных осветительных установок — фитотронов, подбором оптимального спектрального состава света с учетом биологических особенностей вида и сорта растений. В научную группу входят специалисты отделения материаловедения.

Четвертая группа занимается теплоэнергетикой и роботизацией. Сотрудники отделения автоматизации и робототехники Инженерной школы информационных технологий и робототехники будут отвечать за работу автоматических систем полигона и экспериментальное использование робототехники.

«По сути, этот полигон может стать центром проведения междисциплинарных фундаментальных и прикладных исследований в области агро- и биофотоники, альтернативной энергетики, цифровизации и роботизации сельского хозяйства, оптического материаловедения. В перспективе хотелось бы сделать проект международным, чтобы проводить совместные исследования с коллегами из стран Европы, Азии.

Если полигон докажет свою эффективность, то данный опыт можно будет применять для работы, к примеру, в Арктике. Сибирь можно назвать своеобразной первой ступенькой, тестовой площадкой. 

Это пилотный проект, но мы будем пытаться его транслировать на регионы с действительно экстремальными условиями для эксплуатации», — подытожил Дамир Валиев.