Niebieskie lasery do zautomatyzowanego organicznego odchwaszczania laserowego
Precyzja niebieskiego lasera dla zrównoważonego rolnictwa
Stale rosnąca liczba ludności na świecie napędza potrzebę intensywnej produkcji żywności. Jednym z czynników ograniczających plony ogrodnicze jest nieskuteczne zwalczanie ch wastów i chociaż istnieją powszechnie stosowane metody, niekoniecznie są one najlepszymi rozwiązaniami. Szeroko rozpowszechnione chemiczne metody usuwania chwastów budzą obawy dotyczące bezpieczeństwa żywności i środowiska, podczas gdy fizyczne zwalczanie chwastów może zmniejszyć plony poprzez uszkodzenie roślin lub innych organizmów, które są dla nich korzystne.
W tym miejscu wkraczają lasery. W ciągu ostatnich kilku dekad badania dowiodły, że zabiegi laserowe mogą być skutecznie stosowane do zabijania chwastów. A dzięki najnowszym osiągnięciom w dziedzinie sztucznej inteligencji i robotyki, odchwaszczanie laserowe staje się niezwykle precyzyjną, organiczną, wysoce zautomatyzowaną i opłacalną metodą.
Technologia ta jest jednak wciąż dość nowa i ma swoje wady. Większość z nich wynika z zastosowania laserów CO2, które polegają na podgrzewaniu chwastów w celu uszkodzenia ich komórek. Wymaga to dużej mocy optycznej, a wynikające z tego ciepło może mieć negatywny wpływ na uprawę. Co więcej, aby osiągnąć te wysokie moce, lasery CO2 wymagają dużej ilości energii ze względu na ich dość niską wydajność, a to wymaga użycia generatorów wysokiego napięcia.
Dość często środowisko rolnicze jest suche i zawiera wiele suchych części roślin, co w połączeniu z wysokim napięciem zwiększa ryzyko pożaru. Wysoka energia oznacza również, że trzeba rozproszyć dużo ciepła, więc lasery CO2 zwykle wymagają użycia modułów chłodzenia wodą. To, wraz z dużymi rozmiarami laserów CO2, sprawia, że system jest dość duży i ciężki. Wszystkie te wady pokazują, że istnieje potrzeba wyboru bardziej odpowiedniego typu lasera do tego zadania.
W tym miejscu do gry wkracza najnowocześniejsza technologia niebieskiego lasera.
Nasza misja
Wierzymy, że sukces naszych klientów jest naszym sukcesem. Dlatego nie tworzymy systemów AI - specjalizujemy się w budowaniu niezawodnego, wysokowydajnego sprzętu laserowego. Zawsze koncentrowaliśmy się na jakości, precyzji i długoterminowym zaufaniu. Dzięki bogatemu doświadczeniu w terenie i współpracy z ponad 7 integratorami, dostarczamy rzeczywiste, przetestowane rozwiązania, które sprawdzają się w rolnictwie - nie tylko w teorii.
W Opt Lasers nie tylko sprzedajemy komponenty - współtworzymy system odchwaszczania. Nasza opatentowana technologia, sprawdzone wsparcie integracyjne i bezpośrednia współpraca z producentami sprawiają, że jesteśmy kimś więcej niż tylko dostawcą. Jesteśmy Twoim partnerem w rozwoju.
Niezależnie od tego, czy budujesz zrobotyzowany pielnik, autonomiczną platformę czy rozwiązanie agrotechniczne nowej generacji - pomożemy Ci przygotować je do pracy w terenie.
Sprawdzona wydajność w rzeczywistych warunkach rolniczych
Nasze systemy niebieskich laserów diodowych są nie tylko testowane laboratoryjnie - są aktywnie testowane i wdrażane w terenie przez ponad 7 partnerów integracyjnych w całej Europie. Od suchych środowisk po gospodarstwa warzywne o dużym zagęszczeniu, nasza technologia konsekwentnie zapewnia precyzyjne, wydajne i bezpieczne zwalczanie chwastów.
Każdy partner pomógł zweryfikować i udoskonalić nasze systemy poprzez ich rzeczywiste wykorzystanie. Nieustannie współpracujemy nad opracowywaniem nowych generacji modułów laserowych, z w pełni konfigurowalnymi konfiguracjami dostosowanymi do danego zastosowania - niezależnie od tego, czy oznacza to zwiększenie prędkości, poprawę szybkości zabijania chwastów, czy zmniejszenie kosztów konserwacji.
Nasz zespół inżynierów współpracuje bezpośrednio z producentami OEM i firmami zajmującymi się automatyzacją, zapewniając wskazówki nie tylko dotyczące systemu laserowego, ale także optymalizacji samej maszyny - od układu chłodzenia po kąty skanowania i sygnały sterujące. Wspieramy naszych partnerów na każdym etapie rozwoju produktu, od weryfikacji koncepcji po komercyjne wprowadzenie na rynek.
Porównanie technologii laserowych - niebieski vs IR vs CO₂
Poniższa tabela przedstawia porównanie różnych długości fal wykorzystywanych do odchwaszczania laserowego. Wartości skalowane do optycznej mocy wyjściowej 320 W, zastosowane chłodzenie cieczą i oryginalne wartości pochodzą ze specyfikacji istniejących produktów:
| Cecha | 450 nm Niebieski (system jutra) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Sprawność (wtyczka ścienna AC) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Optyczna moc wyjściowa | 320 W | 320 W | 320 W |
| Całkowity pobór mocy systemu (łącznie z chłodzeniem) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Waga (laser + elektronika) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Waga z chłodzeniem i obudową | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| Emisja CO₂ na 100 godzin użytkowania (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| % przepuszczalności dla 1 mm warstwy wody | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Objętość źródła lasera | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Cena za wat | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Dzięki niezrównanej transmisji przez wodę, wysokiej wydajności, niskiej wadze i mniejszemu wpływowi na środowisko, technologia niebieskiego lasera wyróżnia się jako przyszłość bezpiecznego i skalowalnego odchwaszczania laserowego.
Porównanie i wyjaśnienie wydajności elektrycznej
Wydajność systemu laserowego ma kluczowe znaczenie dla zminimalizowania zużycia energii, zmniejszenia kosztów operacyjnych i zapewnienia niezawodnej wydajności w zastosowaniach terenowych. Oto porównanie sprawności elektrycznej systemów laserowych 2000 nm IR, CO₂ i 450 nm Blue:
Lasery na podczerwień 2000 nm: Laser na podczerwień o mocy 200 W zazwyczaj pobiera 1200 W mocy elektrycznej, co daje sprawność samego lasera na poziomie 17%. Wymaga on jednak również agregatu wody lodowej o mocy znamionowej 1700 W do rozpraszania ciepła, zużywając 600 W mocy wejściowej. Po uwzględnieniu obciążenia chłodzenia (424 W), ostateczna sprawność systemu wynosi 12,3%.
Lasery CO₂: Tuba laserowa CO₂ o mocy 130 W wraz z zasilaczem pobiera 860 W. Ten sam agregat chłodniczy o mocy 1700 W dodaje kolejne 303 W (w oparciu o obciążenie proporcjonalne). Całkowita sprawność spada do 11,2%.
Niebieskie lasery 450 nm (system jutra): Niebieski laser o mocy 120 W pobiera 356 W, wykorzystuje sterowniki o sprawności 95% i chłodzenie powietrzem o mocy 62 W. Daje to wynik 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7%. Używając zasilacza 48V o sprawności 91%, ogólna sprawność systemu wynosi 24,3%. W przypadku konfiguracji 320 W z chłodzeniem cieczą, sprawność może spaść do około 19%, przy całkowitej mocy systemu sięgającej 1800 W.
Tomorrow's System osiąga te wysokie wartości dzięki własnemu projektowi zarówno źródeł laserowych, jak i dedykowanych sterowników. W przeciwieństwie do tego, wiele gotowych sterowników działa z wydajnością zaledwie 70-90%, co znacznie obniża wydajność całego systemu laserowego.
Absorpcja wody i dawka promieniowania - kluczowe czynniki w odchwaszczaniu laserowym
Absorpcja wody znacząco wpływa na transmisję światła laserowego i rzeczywistą dawkę energii otrzymywaną przez chwasty. Systemy laserowe działające na różnych długościach fal wykazują bardzo różne zachowania podczas interakcji z kroplami wody na powierzchniach roślin.
Transmisja przez wodę: W przypadku cienkiej warstwy wody o grubości 0,1 mm niebieskie światło lasera przenika prawie bez strat(99,99%), podczas gdy światło podczerwone o długości fali 2000 nm spada do 90,48%, a światło lasera CO₂ spada prawie do zera(0,004%). Nawet niewielka ilość wilgoci może całkowicie zablokować CO₂ i częściowo stłumić promieniowanie laserowe 2000 nm.
Przy warstwie wody o grubości 1 mm współczynniki transmisji wynoszą:
- Laser niebieski: 99,99%
- Laser 2000 nm: 36.79%
- Laser CO₂: 0%
Wpływ na dawkę promieniowania: W krótkich oknach leczenia (50-100 ms) kropla wody (5×5×1 mm³) pochłania całą dawkę CO₂ i około 63% dawki lasera 2000 nm. W przypadku lasera na podczerwień ta pochłonięta energia podnosi temperaturę kropli z 20°C do wrzenia przy użyciu zaledwie 8,4 W, ale tylko 8-10% z niej wyparuje. Ogranicza to ilość energii faktycznie docierającej do chwastów, zmniejszając skuteczność.
Zalane lub nawadniane pola: W głębokich warstwach wody, takich jak pola ryżowe (10 cm), niebieskie lasery nadal przekazują ponad 99% energii do celu, podczas gdy lasery 2000 nm i CO₂ dostarczają praktycznie zero.
Analiza ta pokazuje, że nawet lekki deszcz lub nawadnianie znacząco wpływają na wydajność laserów IR i CO₂, podczas gdy systemy laserów niebieskich pozostają wysoce skuteczne w wilgotnym środowisku.
Waga, wymiary i ich wpływ na integrację
W mobilnych lub terenowych systemach laserowych waga i wymiary fizyczne mają znaczący wpływ na integrację, mobilność i zużycie energii. Niebieskie lasery oferują wyraźne korzyści w obu obszarach:
Całkowita waga systemu lasera niebieskiego o mocy 320 W, w tym chłodzenia, szacowana jest na zaledwie 14 kg. Dla porównania, system laserowy o mocy 200 W i długości fali 2000 nm waży około 61 kg wraz z agregatem chłodzącym, a typowa konfiguracja lasera CO₂ waży około 48 kg. Oznacza to, że dwa połączone moduły niebieskiego lasera nadal ważą mniej niż pojedynczy system laserowy 2000 nm lub CO₂.
Pod względem wymiarów niebieskie lasery są niezwykle kompaktowe. Moduł niebieskiego lasera o mocy 320 W ma wymiary nie większe niż 100×300×300 mm - poniżej 10 dm³. Dla porównania, system laserowy 2000 nm zajmuje ponad 169 dm³, a system laserowy CO₂ osiąga 92-97 dm³. Ponadto lasery CO₂ są często zbudowane z delikatnych szklanych rur o długości do 165 cm, co utrudnia ich montaż lub ochronę w warunkach mobilnych.
Podsumowując, niebieskie lasery są ponad 12 razy mniejsze niż lasery IR 2000 nm i ponad 7 razy mniejsze niż systemy laserów CO₂. Te kompaktowe wymiary umożliwiają montaż na lekkich pojazdach rolniczych lub ramionach robotycznych, znacznie zwiększając elastyczność wdrażania w terenie.
Precyzyjne zwalczanie chwastów dzięki technologii niebieskiego lasera
Badania wykazały, że wpływ laserów na chwasty zależy od mocy optycznej, czasu ekspozycji, wielkości plamki i, co najważniejsze, długości fali lasera. Wiadomo, że niebieskie światło jest silnie pochłaniane przez materię organiczną, a tak jest w przypadku zdecydowanej większości roślin. Wynika to z chlorofilu wykorzystywanego w fotosyntezie tlenowej, a dokładniej z dwóch rodzajów chlorofilu: chlorofilu-a i chlorofilu-b. Patrząc na spektrum absorpcji obu tych pigmentów, staje się oczywiste, że niebieskie światło doskonale do nich pasuje, z pikami absorpcji przy 430nm (typ a) i 470nm (typ b). Dzięki temu odchwaszczanie niebieskim laserem wymaga niższych mocy optycznych, aby skutecznie usunąć niechciane rośliny.
Ale nie tylko absorpcja sprawia, że niebieskie lasery, a w szczególności niebieskie lasery diodowe, dobrze nadają się do odchwaszczania laserowego. Systemy niebieskich laserów diodowych są znacznie bardziej kompaktowe w porównaniu z systemami CO2, co sprawia, że niebieskie lasery można łatwo instalować na różnych maszynach i umożliwia szeregowy montaż wielu jednostek. W efekcie, niebieskie lasery pozwalają na jednoczesną obróbkę większego obszaru, co zwiększa szybkość całego procesu.
Niebieskie lasery diodowe to systemy niskonapięciowe, zasilane prądem stałym, co oznacza, że są bezpieczniejsze w użyciu w suchym środowisku niż lasery CO2, a jednocześnie bezpieczniejsze dla pracowników (ponieważ lasery CO2 wykorzystują napięcie przemienne). Systemy z niebieskimi diodami laserowymi są lekkie i nie wymagają chłodzenia wodą, co pozytywnie wpływa na zużycie paliwa przez pojazdy. Rozmiar plamki lasera jest wysoce przestrajalny, dzięki czemu można go dostosować zarówno do precyzyjnej obróbki, jak i do pracy na dużych obszarach. Diody laserowe mają również wyższą wydajność niż lasery CO2, więc w połączeniu z ich długą żywotnością są bardzo opłacalnym rozwiązaniem.
Zalety odchwaszczania niebieskim laserem diodowym:
- Długość fali silnie pochłaniana przez rośliny - nie ma potrzeby stosowania bardzo wysokich mocy optycznych.
- Metoda bezdotykowa oznacza brak uszkodzeń fizycznych
- Przyjazny dla środowiska
- Kompaktowy rozmiar i niska waga
- Ekonomiczny, wymaga minimalnej konserwacji
Systemy skanujące z niebieskimi laserami Opt Lasers do odchwaszczania
| Blue Reaper 80W | Blue Reaper 140W -A | Blue Reaper 320W | Niestandardowe źródła laserowe |
|
| Projektowana długość fali | 450 nm | Do ustalenia | ||
| Minimalna moc optyczna | 80 W | 140 W | 320 W | Zwykle 30–720 W |
| Zasilanie | 48V 7A | 24V 24A | 48V 30A | Do ustalenia |
| Odległość robocza | 180 / 350 / 650 mm Możliwa personalizacja w ramach standardowego produktu. |
Do ustalenia, zwykle 100–1000 mm |
||
| Obszar roboczy galvo przy kątach skanowania ±12° |
100×100 / 200×200 / 300×300 mm Możliwa personalizacja w ramach standardowego produktu. |
Dopasowany obszar skanowania w zależności od optyki i galvo |
||
| Minimalny rozmiar plamki | Zależny od odległości roboczej. ~2 mm przy odległości roboczej 330 mm |
Regulowana optyka (precyzja vs pokrycie) |
||
| Sprawność elektrooptyczna (z uwzględnieniem sterowników) |
25% | 25% | 25% | Do ustalenia |
| Maksymalne zużycie mocy | 320 W | 500 W | 1280 W | Do ustalenia |
| Chłodzenie | Chłodzenie cieczą wymagana wydajność 250 W |
Chłodzenie powietrzem | Chłodzenie cieczą wymagana wydajność 1 kW |
Do ustalenia |
Nasze systemy do odchwaszczania laserowego można dopasować niemal w każdym aspekcie — od mocy i gęstości mocy, przez długość fali, metodę skanowania, napięcie zasilania, sygnały sterujące i funkcje bezpieczeństwa. Możemy także zaprojektować i dostarczyć akcesoria oraz sprzęt powiązany ze źródłami laserowymi.