Lasers azuis para monda orgânica automatizada a laser
Precisão do laser azul para uma agricultura sustentável
O aumento constante da população mundial está a impulsionar a necessidade de uma produção alimentar intensa. Um dos factores que limitam o rendimento hortícola é o controlo ineficaz das ervas daninhas e, embora existam métodos amplamente utilizados, não são necessariamente as melhores soluções. Os métodos químicos de remoção de ervas daninhas, amplamente difundidos, suscitam preocupações ambientais e de segurança alimentar, enquanto o controlo físico de ervas daninhas pode diminuir o rendimento das culturas ao danificar as plantas ou outros organismos que lhes são benéficos.
É aqui que entram os lasers. Nas últimas duas décadas, a investigação provou que o tratamento a laser pode ser utilizado eficazmente para eliminar as ervas daninhas. E graças aos recentes desenvolvimentos em visão artificial e robótica, a monda a laser está a tornar-se um método extremamente preciso, orgânico, altamente automatizado e económico.
Mas esta tecnologia ainda é bastante recente e, por isso, tem os seus inconvenientes. A maior parte deles resulta da utilização de lasers de CO2, que dependem do aquecimento da erva daninha para danificar as suas células. Isto requer potências ópticas elevadas e o calor resultante pode afetar negativamente a cultura. Além disso, para atingir estas potências elevadas, os lasers de CO2 requerem muita energia devido à sua eficiência bastante baixa, o que exige a utilização de geradores de alta tensão.
Muitas vezes, o ambiente agrícola é árido e tem muitas partes de plantas secas, o que, em combinação com a alta tensão, aumenta o risco de incêndio. A elevada energia também significa que é necessário dissipar muito calor, pelo que os lasers de CO2 requerem normalmente a utilização de módulos de arrefecimento a água. Este facto, juntamente com as grandes dimensões dos lasers de CO2, torna o sistema bastante grande e pesado. Todas estas desvantagens mostram que é necessário escolher um tipo de laser mais adequado para esta tarefa.
É aqui que a tecnologia de ponta do laser azul entra em ação.
A nossa missão
Acreditamos que o sucesso dos nossos clientes é o nosso sucesso. É por isso que não desenvolvemos sistemas de IA - especializamo-nos na construção de hardware laser fiável e de elevado desempenho. O nosso foco sempre foi a qualidade, a precisão e a confiança a longo prazo. Com uma vasta experiência no terreno e parcerias com mais de 7 integradores, fornecemos soluções reais e testadas que funcionam na agricultura - e não apenas na teoria.
Na Opt Lasers, não nos limitamos a vender componentes - co-criamos o seu sistema de sacha. A nossa tecnologia patenteada, o apoio comprovado à integração e a colaboração direta com os fabricantes fazem de nós mais do que um fornecedor. Somos o seu parceiro de desenvolvimento.
Quer esteja a construir um sachador robótico, uma plataforma autónoma ou uma solução agrotécnica de última geração - nós ajudamo-lo a prepará-lo para o campo.
Desempenho comprovado no terreno em condições agrícolas reais
Os nossos sistemas laser de díodo azul não são apenas testados em laboratório - são ativamente testados e utilizados no terreno por mais de 7 parceiros de integração em toda a Europa. Desde ambientes áridos a explorações hortícolas de alta densidade, a nossa tecnologia tem proporcionado um controlo de ervas daninhas preciso, eficiente e seguro.
Cada parceiro ajudou a validar e a aperfeiçoar os nossos sistemas através da sua utilização no mundo real. Colaboramos continuamente no desenvolvimento de novas gerações de módulos laser, com configurações totalmente personalizáveis e adaptadas à sua aplicação - quer isso signifique aumentar a velocidade, melhorar a taxa de eliminação de ervas daninhas ou reduzir as despesas de manutenção.
A nossa equipa de engenharia trabalha diretamente com OEMs e empresas de automação, fornecendo orientação não só sobre o sistema laser, mas também sobre a otimização da própria máquina - desde a disposição do arrefecimento até aos ângulos de varrimento e sinais de controlo. Apoiamos os nossos parceiros em todas as fases do desenvolvimento do produto, desde a prova de conceito até ao lançamento comercial.
Tecnologias laser comparadas - Azul vs IR vs CO₂
A tabela abaixo mostra a comparação de diferentes comprimentos de onda utilizados para a remoção de ervas daninhas a laser. Os valores são escalados para uma potência de saída ótica de 320 W, arrefecimento líquido aplicado e os valores originais são retirados da especificação de produtos existentes:
| Caraterística | 450 nm Azul (Sistema do futuro) | 2000 nm IV | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Eficiência (ficha de parede CA) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Potência de saída ótica | 320 W | 320 W | 320 W |
| Consumo total de energia do sistema (incluindo arrefecimento) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Peso (laser + eletrónica) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Peso com arrefecimento e caixa | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| Emissões de CO₂ por 100h de utilização (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| % de passagem para camada de água de 1 mm | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Volume da fonte de laser | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Preço por Watt | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Com a sua inigualável transmissão através da água, elevada eficiência, baixo peso e menor impacto ambiental, a tecnologia laser azul destaca-se como o futuro da monda laser segura e escalável.
Comparação e explicação da eficiência eléctrica
A eficiência do sistema laser é fundamental para minimizar o consumo de energia, reduzir os custos operacionais e garantir um desempenho fiável em aplicações no terreno. Eis como se compara a eficiência eléctrica entre os sistemas de laser IR de 2000 nm, CO₂ e Azul de 450 nm:
Lasers IR de 2000 nm: Um laser IR de 200 W consome normalmente 1200 W de energia eléctrica, o que resulta numa eficiência de apenas laser de 17%. No entanto, também requer um refrigerador de água com capacidade para 1700 W de dissipação de calor, consumindo 600 W de entrada. Ajustando para a carga de arrefecimento (424W), a eficiência final do sistema é de 12,3%.
Lasers de CO₂: Um tubo laser de CO₂ de 130W com a sua fonte de alimentação consome 860W. O mesmo chiller de 1700W contribui com mais 303W (com base na carga proporcional). A eficiência total resultante cai para 11,2%.
Lasers azuis de 450 nm (sistema de amanhã): Um laser azul de 120 W consome 356 W, utiliza controladores com uma eficiência de 95% e 62 W de arrefecimento a ar. Isto resulta em 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7%. Utilizando uma fonte de alimentação de 48V com 91% de eficiência, a eficiência global do sistema é de 24,3%. Para configurações de 320W com refrigeração líquida, a eficiência pode reduzir-se para cerca de 19%, com a potência total do sistema a atingir 1800W.
A Tomorrow's System atinge estes valores elevados através da conceção interna das fontes laser e dos controladores dedicados. Em contraste, muitos controladores disponíveis no mercado funcionam apenas com uma eficiência de 70-90%, o que reduz significativamente o desempenho de todo o sistema laser.
Absorção de água e dose de irradiação - Factores-chave na eliminação de ervas daninhas por laser
A absorção de água tem um impacto significativo na transmissão da luz laser e na dose de energia real recebida pelas ervas daninhas. Os sistemas laser que funcionam com diferentes comprimentos de onda apresentam comportamentos muito diferentes quando interagem com gotículas de água nas superfícies das plantas.
Transmissão através da água: Para uma camada fina de 0,1 mm de água, a luz laser azul transmite-se quase sem perdas(99,99%), enquanto a luz IR de 2000 nm cai para 90,48% e a luz laser CO₂ cai para quase zero(0,004%). Mesmo uma pequena quantidade de humidade pode bloquear completamente o CO₂ e suprimir parcialmente a irradiação laser de 2000 nm.
Com uma camada de água de 1 mm, os coeficientes de transmissão são:
- Laser azul: 99,99%
- Laser de 2000 nm: 36.79%
- Laser de CO₂: 0%
Impacto na dose de irradiação: Em janelas de tratamento curtas (50-100 ms), uma gota de água (5×5×1 mm³) absorve a totalidade da dose de CO₂ e cerca de 63% da dose de laser de 2000 nm. No caso do laser de infravermelhos, esta energia absorvida aumenta a temperatura da gota de 20°C para ebulição utilizando apenas 8,4 W, mas apenas 8-10% da mesma se evaporará. Isto limita a quantidade de energia que efetivamente atinge a erva daninha, reduzindo a eficácia.
Campos inundados ou irrigados: Em camadas de água profundas, como em arrozais (10 cm), os lasers azuis ainda transmitem mais de 99% da energia para o alvo, enquanto os lasers de 2000 nm e CO₂ fornecem praticamente zero.
Esta análise mostra que mesmo a chuva ligeira ou a irrigação afectam significativamente o desempenho dos lasers IR e CO₂, enquanto os sistemas de laser azul continuam a ser altamente eficazes em ambientes húmidos.
Peso, dimensões e a sua influência na integração
Nos sistemas laser móveis ou de campo, o peso e as dimensões físicas têm um impacto significativo na integração, mobilidade e consumo de energia. Os lasers azuis oferecem vantagens claras em ambas as áreas:
O peso total de um sistema laser azul de 320 W, incluindo arrefecimento, é estimado em apenas 14 kg. Em contraste, um sistema laser de 200W 2000 nm pesa cerca de 61 kg com o seu agregado de arrefecimento e uma configuração típica de laser de CO₂ pesa aproximadamente 48 kg. Isto significa que dois módulos de laser azul combinados ainda pesam menos do que um único sistema laser de 2000 nm ou CO₂.
Em termos de dimensões, os lasers azuis são extremamente compactos. Um módulo de laser azul de 320 W não mede mais de 100×300×300 mm - menos de 10 dm³. Em comparação, um sistema laser de 2000 nm ocupa mais de 169 dm³ e um sistema laser de CO₂ atinge 92-97 dm³. Além disso, os lasers de CO₂ são frequentemente construídos a partir de tubos de vidro frágeis, medindo até 165 cm de comprimento, o que os torna difíceis de montar ou proteger em ambientes móveis.
Em conclusão, os lasers azuis são mais de 12 vezes mais pequenos do que os lasers IR de 2000 nm e mais de 7 vezes mais pequenos do que os sistemas laser de CO₂. Estas dimensões compactas permitem a montagem em veículos agrícolas leves ou braços robóticos, aumentando drasticamente a flexibilidade na utilização no terreno.
Avanço no controlo de precisão de ervas daninhas com a tecnologia de laser azul
A investigação demonstrou que o efeito que os lasers têm nas ervas daninhas depende da potência ótica, do tempo de exposição, do tamanho do ponto e , mais importante, do comprimento de onda do laser. Sabe-se que a luz azul é altamente absorvida pela matéria orgânica e é esse o caso da grande maioria das plantas. Isto deve-se à clorofila utilizada na fotossíntese oxigenada e, para ser mais preciso, a dois tipos de clorofila: clorofila a e clorofila b. Se observarmos o espetro de absorção destes dois pigmentos, torna-se evidente que a luz azul é uma óptima combinação, com picos de absorção a 430 nm (tipo a) e 470 nm (tipo b). Graças a este facto, a sacha a laser azul requer potências ópticas mais baixas para remover eficazmente as plantas indesejadas.
Mas não é apenas a absorção que torna os lasers azuis, e especificamente os lasers de díodo azuis, adequados para a sacha a laser. Os sistemas de laser de díodo azul são muito mais compactos em comparação com os sistemas de CO2, o que facilita a instalação de lasers azuis em diferentes máquinas e permite que muitas unidades sejam montadas em série. Efetivamente, os lasers azuis permitem o processamento de uma área maior de uma só vez, o que aumenta a velocidade de todo o processo.
Os lasers de díodo azul são sistemas de baixa tensão, DC, o que significa que são mais seguros de utilizar em ambientes áridos do que os lasers de CO2 e, ao mesmo tempo, mais seguros para os trabalhadores (uma vez que os lasers de CO2 utilizam tensão AC). Os sistemas de díodo laser azul são leves e não necessitam de arrefecimento a água, o que tem um impacto positivo no consumo de combustível dos veículos. O tamanho do ponto laser é altamente sintonizável, pelo que pode ser adaptado para um tratamento de alta precisão ou para uma operação em grandes áreas. Os díodos laser também têm uma eficiência mais elevada do que os lasers de CO2, pelo que, em combinação com a sua longa vida útil, são uma solução muito económica.
Vantagens da monda com laser de díodo azul:
- Comprimento de onda altamente absorvido pelas plantas - não há necessidade de potências ópticas extremamente elevadas
- Método sem contacto, sem danos físicos
- Amigo do ambiente
- Tamanho compacto e peso reduzido
- Económico, requer uma manutenção mínima
