Láseres azules para la escarda láser orgánica automatizada
Precisión láser azul para una agricultura sostenible
La creciente población mundial está impulsando la necesidad de una intensa producción de alimentos. Uno de los factores que limitan el rendimiento de la horticultura es el control ineficaz de las malas hierbas y, aunque existen métodos muy utilizados, no son necesariamente las mejores soluciones. Los métodos químicos de eliminación de malas hierbas, muy extendidos, plantean problemas de seguridad alimentaria y medioambientales, mientras que el control físico de las malas hierbas puede disminuir el rendimiento de los cultivos al dañar las plantas u otros organismos beneficiosos para ellas.
Aquí es donde entra en juego el láser. En las dos últimas décadas, la investigación ha demostrado que el tratamiento con láser puede utilizarse eficazmente para eliminar las malas hierbas. Y gracias a los recientes avances en visión artificial y robótica, el desherbado por láser se está convirtiendo en un método extremadamente preciso, orgánico, altamente automatizado y rentable.
Pero esta tecnología es aún bastante nueva y, por tanto, tiene sus inconvenientes. La mayoría de ellos se derivan del uso de láseres de CO2, que se basan en calentar la mala hierba para dañar sus células. Esto requiere elevadas potencias ópticas, y el calor resultante puede afectar negativamente al cultivo. Además, para alcanzar estas potencias elevadas, los láseres de CO2 requieren mucha energía debido a su eficiencia bastante baja, lo que exige el uso de generadores de alta tensión.
A menudo, el entorno agrícola es árido y tiene muchas partes secas de las plantas, lo que, combinado con la alta tensión, aumenta el riesgo de incendio. La alta energía también significa que hay que disipar mucho calor, por lo que los láseres de CO2 suelen requerir el uso de módulos de refrigeración por agua. Esto, junto con el gran tamaño de los láseres de CO2, hace que el sistema sea bastante voluminoso y pesado. Todos estos inconvenientes demuestran que es necesario elegir un tipo de láser más adecuado para esta tarea.
Aquí es donde entra en juego la tecnología láser azul de última generación.
Nuestra misión
Creemos que el éxito de nuestros clientes es nuestro éxito. Por eso no desarrollamos sistemas de IA, sino que nos especializamos en la construcción de hardware láser fiable y de alto rendimiento. Siempre nos hemos centrado en la calidad, la precisión y la confianza a largo plazo. Con una amplia experiencia sobre el terreno y asociaciones con más de 7 integradores, ofrecemos soluciones reales y probadas que funcionan en la agricultura, no sólo en teoría.
En Opt Lasers, no nos limitamos a vender componentes, sino que co-creamos su sistema de deshierbe. Nuestra tecnología patentada, nuestro probado apoyo a la integración y nuestra colaboración directa con los fabricantes nos convierten en algo más que un proveedor. Somos su socio de desarrollo.
Tanto si está construyendo una desbrozadora robótica, una plataforma autónoma o una solución agrotécnica de última generación, le ayudaremos a tenerla lista para el campo.
Rendimiento probado sobre el terreno en condiciones agrícolas reales
Nuestros sistemas láser de diodo azul no sólo se prueban en laboratorio, sino que más de 7 socios integradores de toda Europa los prueban y utilizan activamente sobre el terreno. Desde entornos áridos hasta explotaciones de alta densidad de hortalizas, nuestra tecnología ha proporcionado sistemáticamente un control preciso, eficaz y seguro de las malas hierbas.
Cada socio ha ayudado a validar y perfeccionar nuestros sistemas mediante su uso en el mundo real. Colaboramos continuamente en el desarrollo de nuevas generaciones de módulos láser, con configuraciones totalmente personalizables y adaptadas a su aplicación, ya sea para aumentar la velocidad, mejorar la tasa de eliminación de malas hierbas o reducir los gastos de mantenimiento.
Nuestro equipo de ingeniería trabaja directamente con fabricantes de equipos originales y empresas de automatización, proporcionando orientación no sólo sobre el sistema láser, sino también sobre la optimización de la propia máquina, desde la disposición de la refrigeración hasta los ángulos de escaneado y las señales de control. Ayudamos a nuestros socios en cada paso del desarrollo del producto, desde la prueba de concepto hasta el lanzamiento comercial.
Tecnologías láser comparadas - Azul vs IR vs CO₂
La siguiente tabla muestra la comparación de las distintas longitudes de onda utilizadas para el desbroce por láser. Los valores se han escalado a una potencia óptica de salida de 320 W, se ha aplicado refrigeración líquida y los valores originales se han tomado de las especificaciones de los productos existentes:
| Característica | 450 nm Azul (Sistema del mañana) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Eficiencia (enchufe de pared CA) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Potencia óptica de salida | 320 W | 320 W | 320 W |
| Consumo total del sistema (refrigeración incluida) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Peso (láser + electrónica) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Peso con refrigeración y carcasa | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| Emisiones de CO₂ por 100h de uso (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| % de paso para capa de agua de 1 mm | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Volumen de la fuente láser | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Precio por vatio | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Gracias a su inigualable transmisión a través del agua, alta eficiencia, bajo peso y menor impacto medioambiental, la tecnología láser azul destaca como el futuro del desbroce láser seguro y escalable.
Comparación y explicación de la eficiencia eléctrica
La eficiencia del sistema láser es fundamental para minimizar el consumo de energía, reducir los costes operativos y garantizar un rendimiento fiable en las aplicaciones de campo. A continuación se muestra cómo se compara la eficiencia eléctrica entre los sistemas láser IR de 2000 nm, CO₂ y Azul de 450 nm:
Láseres IR de 2000 nm: Un láser IR de 200 W suele consumir 1.200 W de potencia eléctrica, lo que supone una eficiencia del 17%. Sin embargo, también requiere un enfriador de agua con una potencia nominal de 1700 W de disipación de calor, consumiendo 600 W de entrada. Teniendo en cuenta la carga de refrigeración (424 W), la eficiencia final del sistema es del 12,3%.
Láseres de CO₂: Un tubo láser de CO₂ de 130W con su fuente de alimentación consume 860W. El mismo refrigerador de 1700 W aporta otros 303 W (según la carga proporcional). El rendimiento total resultante desciende al 11,2%.
Láseres azules de 450 nm (sistema del mañana): Un láser azul de 120 W consume 356 W, utiliza controladores con una eficiencia del 95% y 62 W de refrigeración por aire. El resultado es 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7%. Si se utiliza una fuente de alimentación de 48 V con una eficiencia del 91%, la eficiencia global del sistema pasa a ser del 24,3%. Para configuraciones de 320 W con refrigeración líquida, la eficiencia puede reducirse a alrededor del 19%, con una potencia total del sistema que alcanza los 1.800 W.
Tomorrow's System consigue estos elevados valores gracias al diseño propio tanto de las fuentes láser como de los controladores dedicados. En cambio, muchos controladores disponibles en el mercado funcionan con una eficiencia de sólo el 70-90%, lo que reduce considerablemente el rendimiento de todo el sistema láser.
Absorción de agua y dosis de irradiación: factores clave en la eliminación de malas hierbas por láser
La absorción de agua afecta significativamente a la transmisión de la luz láser y a la dosis de energía real que reciben las malas hierbas. Los sistemas láser que operan a diferentes longitudes de onda muestran comportamientos muy diferentes cuando interactúan con las gotas de agua en las superficies de las plantas.
Transmisión a través del agua: Para una fina capa de 0,1 mm de agua, la luz láser azul se transmite casi sin pérdidas(99,99%), mientras que la luz IR de 2000 nm se reduce al 90,48% y la luz láser de CO₂ se reduce casi a cero(0,004%). Incluso una pequeña cantidad de humedad puede bloquear completamente el CO₂ y suprimir parcialmente la irradiación láser de 2000 nm.
Con una capa de agua de 1 mm, los coeficientes de transmisión son:
- Láser azul: 99,99
- Láser de 2000 nm: 36.79%
- Láser de CO₂: 0%.
Impacto en la dosis de irradiación: En ventanas de tratamiento cortas (50-100 ms), una gota de agua (5×5×1 mm³) absorbe toda la dosis de CO₂ y aproximadamente el 63% de la dosis de láser de 2000 nm. En el caso del láser IR, esta energía absorbida eleva la temperatura de la gotita de 20°C a ebullición utilizando sólo 8,4 W, pero sólo se evaporará entre el 8 y el 10% de la misma. Esto limita la cantidad de energía que llega realmente a la mala hierba, lo que reduce su eficacia.
Campos inundados o de regadío: En capas de agua profundas como las de los arrozales (10 cm), los láseres azules siguen transmitiendo más del 99% de la energía al objetivo, mientras que los láseres de 2000 nm y CO₂ suministran prácticamente cero.
Este análisis demuestra que incluso una lluvia ligera o el riego afectan significativamente al rendimiento de los láseres IR y CO₂, mientras que los sistemas láser azules siguen siendo muy eficaces en entornos húmedos.
Peso, dimensiones y su influencia en la integración
En los sistemas láser móviles o de campo, el peso y las dimensiones físicas influyen significativamente en la integración, la movilidad y el consumo de energía. Los láseres azules ofrecen claras ventajas en ambas áreas:
El peso total de un sistema láser azul de 320 W, incluida la refrigeración, se estima en sólo 14 kg. En cambio, un sistema láser de 200 W y 2000 nm pesa unos 61 kg con su grupo de refrigeración, y una configuración láser de CO₂ típica pesa aproximadamente 48 kg. Esto significa que dos módulos de láser azul combinados pesan menos que un solo sistema láser de 2000 nm o CO₂.
En cuanto a dimensiones, los láseres azules son extremadamente compactos. Un módulo láser azul de 320 W no mide más de 100×300×300 mm, menos de 10 dm³. En comparación, un sistema láser de 2000 nm ocupa más de 169 dm³ y un sistema láser de CO₂ alcanza los 92-97 dm³. Además, los láseres de CO₂ suelen construirse a partir de frágiles tubos de vidrio de hasta 165 cm de longitud, lo que dificulta su montaje o protección en entornos móviles.
En conclusión, los láseres azules son más de 12 veces más pequeños que los láseres IR de 2000 nm y más de 7 veces más pequeños que los sistemas láser de CO₂. Estas dimensiones compactas permiten el montaje en vehículos agrícolas ligeros o brazos robóticos, lo que aumenta drásticamente la flexibilidad en el despliegue sobre el terreno.
Avanzando en el control de precisión de las malas hierbas con la tecnología láser azul
Las investigaciones han demostrado que el efecto que tienen los láseres sobre las malas hierbas depende de la potencia óptica, el tiempo de exposición, el tamaño del punto y, lo que es más importante, la longitud de onda del láser. Se sabe que la luz azul es altamente absorbida por la materia orgánica y tal es el caso de la gran mayoría de las plantas. Esto se debe a la clorofila utilizada en la fotosíntesis oxigénica y, para ser más precisos, a dos tipos de clorofila: la clorofila-a y la clorofila-b. Si se observa el espectro de absorción de estos dos pigmentos, resulta evidente que la luz azul es un gran complemento, con picos de absorción a 430 nm (tipo a) y 470 nm (tipo b). Gracias a ello, el deshierbe con láser azul requiere potencias ópticas más bajas para eliminar eficazmente las plantas no deseadas.
Pero no es sólo la absorción lo que hace que los láseres azules, y en concreto los láseres de diodo azules, sean idóneos para el desbroce por láser. Los sistemas láser de diodo azul son mucho más compactos que los de CO2, lo que facilita su instalación en distintas máquinas y permite montar muchas unidades en serie. Efectivamente, los láseres azules permiten procesar una superficie mayor a la vez, lo que aumenta la velocidad de todo el proceso.
Los láseres de diodo azul son sistemas de CC de bajo voltaje, lo que significa que son más seguros de utilizar en entornos áridos que los láseres de CO2 y, al mismo tiempo, más seguros para los trabajadores (ya que los láseres de CO2 utilizan voltaje de CA). Los sistemas de diodo láser azul son ligeros y no necesitan refrigeración por agua, lo que repercute positivamente en el consumo de combustible de los vehículos. El tamaño del punto láser es altamente sintonizable, por lo que puede adaptarse tanto para tratamientos de alta precisión como para operaciones en grandes superficies. Los diodos láser también tienen una mayor eficiencia que los láseres de CO2, por lo que, junto con su larga vida útil, son una solución muy rentable.
Ventajas del láser de diodo azul
- Longitud de onda muy absorbida por las plantas, por lo que no se necesitan potencias ópticas muy elevadas.
- Método sin contacto, lo que significa que no se producen daños físicos
- Respetuoso con el medio ambiente
- Tamaño compacto y bajo peso
- Rentable, requiere un mantenimiento mínimo
Opt Lasers Sistemas láser azul para desherbado por láser
| GLE-S-30-B | GLE-S-60-B | GLE-S-120-B | Módulos personalizados |
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| Longitud de onda central | 450 nm | 450 nm | ||
| Potencia óptica mínima | 30 W | 60 W | 120 W | 60-500 W |
| Distancia de trabajo | 180 / 350 / 650 mm | Seleccionable por diseño (por ejemplo, 180 mm para corto alcance, 650 mm para gran alcance) |
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| Área de trabajo | 100×100 / 200×200 / 300×300 mm | Campo de exploración personalizado en función de la óptica y el galvo |
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| Tamaño mínimo del punto1 | 2500 µm | Óptica ajustable (precisión frente a cobertura) |
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| Velocidad de funcionamiento2 | hasta 2000 mm/s | Configurable hasta 2000 mm/s |
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| Eficacia electroóptica | 27% | 24% | 24% | TBD |
| Consumo máximo | 200 W | 300 W | 600 W | TBD |
1 - valores proporcionados para una distancia de trabajo de 350 mm
2 - para ángulos de exploración ±10
