자동 유기 레이저 제초를 위한 블루 레이저

아래 표는 레이저 제초에 사용되는 다양한 파장의 비교입니다. 320W 광출력, 액체 냉각 적용 기준으로, 기존 제품 사양을 바탕으로 한 수치입니다:

수분 투과성, 고효율, 경량 및 낮은 환경 영향을 종합하면, 블루 레이저 기술은 안전하고 확장 가능한 미래형 레이저 제초 솔루션으로 두드러집니다.

레이저 시스템 효율성은 에너지 소비 최소화, 운영 비용 절감 및 현장 신뢰성 확보에 필수적입니다. 2000 nm IR, CO₂, 450 nm 블루 레이저 시스템 간 전기적 효율 비교는 다음과 같습니다:

2000 nm IR 레이저: 200W IR 레이저는 일반적으로 1200W 전력을 소비하며, 레이저 단독 효율은 17%입니다. 하지만 1700W 냉각기가 필요하며, 600W 입력 소비합니다. 냉각 부하(424W)를 보정하면 최종 시스템 효율은 12.3%입니다.

CO₂ 레이저: 130W CO₂ 레이저 튜브와 전원 공급 장치는 총 860W 소비합니다. 동일한 1700W 냉각기는 비례 부하 기준 약 303W를 추가로 소비하며, 전체 효율은 11.2%로 감소합니다.

450 nm 블루 레이저 (미래 시스템): 120W 블루 레이저는 356W를 소비하며, 95% 효율 드라이버와 62W 공냉을 사용합니다. 결과적으로 120 / (356 / 0.95 + 62) ≈ 26.7% 효율을 보입니다. 48V 91% 효율 전원 공급 시 전체 시스템 효율은 24.3%까지 상승합니다. 320W급 액체 냉각 구성에서는 약 19% 효율과 1800W 총 전력 소비가 예상됩니다.

미래 시스템은 레이저 광원과 전용 드라이버를 자체 설계하여 성능을 극대화합니다. 반면, 다수의 기존 드라이버는 70–90% 효율에 그쳐 전체 시스템 성능을 제한합니다.

수분 흡수는 레이저 광 전파와 실제 잡초에 도달하는 에너지 선량에 큰 영향을 미칩니다. 서로 다른 파장의 레이저 시스템은 식물 표면의 물방울과 상호작용 시 상이한 특성을 보입니다.

수분 투과율: 0.1 mm 두께 얇은 수분층에서 블루 레이저는 거의 손실 없이 (99.99%) 투과하는 반면, 2000 nm IR은 90.48%, CO₂ 레이저는 거의 제로 (0.004%) 수준입니다. 소량의 수분도 CO₂ 빔 차단 및 2000 nm 빔 부분 감쇠에 큰 영향을 미칩니다.

1 mm 수분층 투과율은 다음과 같습니다:

• 블루 레이저: 99.99%
• 2000 nm 레이저: 36.79%
• CO₂ 레이저: 0%

조사 선량 영향: 짧은 처리 시간(50–100 ms) 내에 5×5×1 mm³ 물방울은 CO₂ 레이저 에너지를 전부 흡수하고 2000 nm 레이저 에너지의 약 63%를 흡수합니다. IR 레이저에서 흡수된 에너지는 물방울 온도를 20°C에서 끓는점까지 올리는 데 약 8.4 W가 필요하나, 증발은 8–10% 수준에 불과합니다. 이로 인해 실제 잡초에 도달하는 에너지가 제한되어 효과가 저하됩니다.

침수 또는 관개된 논밭: 10 cm 깊이의 수중에서는 블루 레이저만 99% 이상 에너지를 목표에 전달하며, 2000 nm 및 CO₂ 레이저는 거의 전달되지 않습니다.

이 분석은 빗물이나 관개수 등 수분 환경이 IR 및 CO₂ 레이저 성능에 큰 영향을 미치나, 블루 레이저는 습한 환경에서도 고효율임을 보여줍니다.

이동형 또는 현장 기반 레이저 시스템에서 무게와 물리적 치수는 통합, 이동성, 전력 소비에 큰 영향을 미칩니다. 블루 레이저는 두 영역 모두에서 명확한 장점을 제공합니다:

320W 블루 레이저 시스템 전체 무게 (냉각 포함)는 약 14 kg에 불과합니다. 이에 비해 200W 2000 nm 레이저 시스템은 냉각기 포함 약 61 kg, 일반적인 CO₂ 레이저 시스템은 약 48 kg에 달합니다. 즉, 두 개의 블루 레이저 모듈 무게가 단일 2000 nm 또는 CO₂ 시스템보다 가볍습니다.

치수 면에서 블루 레이저는 극도로 소형입니다. 320W 모듈은 최대 100×300×300 mm (10 dm³ 미만) 크기이며, 2000 nm 시스템은 169 dm³, CO₂ 시스템은 92–97 dm³를 차지합니다. 게다가 CO₂ 레이저는 취약한 유리관 튜브 기반으로 최대 165 cm 길이에 달해 이동형 장비에 장착 및 보호가 어렵습니다.

결론적으로, 블루 레이저는 2000 nm IR 대비 12배 이상, CO₂ 대비 7배 이상 작습니다. 이러한 컴팩트한 크기는 경량 농기계나 로봇 암 장착을 용이하게 하여 현장 배치의 유연성을 극대화합니다.