Lasere albastre pentru erbicidarea organică automatizată cu laser
Precizia laserului albastru pentru agricultura durabilă
Populația mondială în continuă creștere determină necesitatea unei producții alimentare intense. Unul dintre factorii care limitează producția horticolă este controlul ineficient al buruienilor și, deși există metode care sunt utilizate pe scară largă, acestea nu sunt neapărat cele mai bune soluții. Metodele chimice de îndepărtare a buruienilor, larg răspândite, ridică probleme legate de siguranța alimentară și de mediu, în timp ce controlul fizic al buruienilor poate diminua randamentul culturilor prin deteriorarea plantelor sau a altor organisme care sunt benefice pentru acestea.
Aici intervin laserele. În ultimele două decenii, cercetările au demonstrat că tratamentul cu laser poate fi utilizat eficient pentru distrugerea buruienilor. Și datorită recentelor evoluții în domeniul inteligenței artificiale și al roboticii, erbicidarea cu laser devine o metodă extrem de precisă, organică, foarte automatizată și rentabilă.
Dar această tehnologie este încă destul de nouă și, prin urmare, are dezavantajele sale. Cele mai multe dintre acestea provin din utilizarea laserelor CO2, care se bazează pe încălzirea buruienilor pentru a le deteriora celulele. Acest lucru necesită puteri optice ridicate, iar căldura rezultată poate avea un impact negativ asupra culturii. În plus, pentru a atinge aceste puteri ridicate, laserele cu CO2 necesită multă energie din cauza eficienței lor destul de scăzute, ceea ce necesită utilizarea unor generatoare de înaltă tensiune.
Destul de des, mediul agricol este arid și are multe părți uscate ale plantelor, ceea ce, în combinație cu tensiunea înaltă, crește riscul de incendiu. Energia ridicată înseamnă, de asemenea, că trebuie disipată multă căldură, astfel încât laserele CO2 necesită de obicei utilizarea unor module de răcire cu apă. Acest lucru, împreună cu dimensiunile mari ale laserelor CO2, face ca sistemul să fie destul de mare și greu. Toate aceste dezavantaje arată că este necesar să se aleagă un tip de laser mai potrivit pentru această sarcină.
Aici intervine tehnologia laserului albastru de ultimă generație.
Misiunea noastră
Credem că succesul clienților noștri este succesul nostru. Acesta este motivul pentru care nu dezvoltăm sisteme AI - suntem specializați în construirea de hardware laser fiabil și de înaltă performanță. Ne-am concentrat întotdeauna pe calitate, precizie și încredere pe termen lung. Cu o vastă experiență pe teren și parteneriate cu peste 7 integratori, oferim soluții reale, testate, care funcționează în agricultură - nu doar în teorie.
La Opt Lasers, nu vindem doar componente - noi vă co-creăm sistemul de erbicidare. Tehnologia noastră brevetată, suportul de integrare dovedit și colaborarea directă cu producătorii ne fac mai mult decât un furnizor. Suntem partenerul dvs. de dezvoltare.
Fie că construiți o plivitoare robotizată, o platformă autonomă sau o soluție agrotehnică de ultimă generație - vă vom ajuta să o pregătiți pentru câmp.
Performanță dovedită pe teren în condiții agricole reale
Sistemele noastre laser cu diode albastre nu sunt doar testate în laborator - ele sunt testate activ și implementate pe teren de peste 7 parteneri de integrare din întreaga Europă. De la medii aride la ferme de legume cu densitate mare, tehnologia noastră a oferit în mod constant un control precis, eficient și sigur al buruienilor.
Fiecare partener a contribuit la validarea și perfecționarea sistemelor noastre prin utilizarea în condiții reale. Colaborăm în permanență la dezvoltarea de noi generații de module laser, cu configurații complet personalizabile, adaptate aplicației dumneavoastră - fie că aceasta înseamnă creșterea vitezei, îmbunătățirea ratei de distrugere a buruienilor sau reducerea cheltuielilor de întreținere.
Echipa noastră de ingineri lucrează direct cu OEM-urile și companiile de automatizare, oferind îndrumare nu numai cu privire la sistemul laser, ci și cu privire la optimizarea mașinii în sine - de la dispunerea răcirii la unghiurile de scanare și semnalele de control. Ne sprijinim partenerii în fiecare etapă a dezvoltării produsului, de la dovada conceptului la lansarea comercială.
Tehnologii laser comparate - albastru vs IR vs CO₂
Tabelul de mai jos prezintă o comparație a diferitelor lungimi de undă utilizate pentru erbicidarea cu laser. Valorile sunt scalate la o putere de ieșire optică de 320 W, cu răcire cu lichid aplicată, iar valorile originale sunt preluate din specificațiile produselor existente:
| Caracteristică | 450 nm Albastru (sistemul de mâine) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Eficiență (priză de perete AC) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Putere de ieșire optică | 320 W | 320 W | 320 W |
| Consumul total de energie al sistemului (incl. răcire) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Greutate (laser + electronică) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Greutate cu răcire și carcasă | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| Emisii de CO₂ pe 100h de utilizare (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| % de trecere pentru un strat de apă de 1 mm | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Volumul sursei laser | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Preț per Watt | 37.5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Cu transmisia sa de neegalat prin apă, eficiența ridicată, greutatea redusă și impactul redus asupra mediului, tehnologia laserului albastru se remarcă ca fiind viitorul erbicidării cu laser sigure și scalabile.
Comparație și explicație privind eficiența electrică
Eficiența sistemului laser este esențială pentru minimizarea consumului de energie, reducerea costurilor operaționale și asigurarea unei performanțe fiabile în aplicațiile de teren. Iată cum se compară eficiența electrică între sistemele laser IR de 2000 nm, CO₂ și albastru de 450 nm:
Lasere IR de 2000 nm: Un laser IR de 200 W consumă în mod obișnuit 1200 W de energie electrică, ceea ce produce o eficiență doar a laserului de 17%. Cu toate acestea, el necesită, de asemenea, un răcitor de apă cu o putere nominală de disipare a căldurii de 1700 W, care consumă 600 W de intrare. Ajustând pentru sarcina de răcire (424 W), eficiența finală a sistemului devine 12,3 %.
Lasere CO₂: Un tub laser CO₂ de 130 W cu sursa sa de alimentare consumă 860 W. Același chiller de 1700 W contribuie cu încă 303 W (pe baza sarcinii proporționale). Eficiența totală rezultată scade la 11,2%.
Lasere albastre de 450 nm (sistemul de mâine): Un laser albastru de 120 W consumă 356 W, utilizează drivere cu o eficiență de 95 % și 62 W de răcire cu aer. Rezultă 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7%. Folosind o sursă de alimentare de 48V cu o eficiență de 91%, eficiența generală a sistemului devine 24,3%. Pentru configurațiile de 320W cu răcire cu lichid, eficiența se poate reduce la aproximativ 19%, cu o putere totală a sistemului care atinge 1800W.
Tomorrow's System atinge aceste valori ridicate prin proiectarea internă atât a surselor laser, cât și a driverelor dedicate. În schimb, multe drivere de pe piață funcționează la o eficiență de numai 70-90%, ceea ce reduce semnificativ performanța întregului sistem laser.
Absorbția apei și doza de iradiere - factori cheie în erbicidarea cu laser
Absorbția apei are un impact semnificativ asupra transmiterii luminii laser și a dozei reale de energie primite de buruieni. Sistemele laser care funcționează la lungimi de undă diferite prezintă comportamente extrem de diferite atunci când interacționează cu picăturile de apă de pe suprafețele plantelor.
Transmiterea prin apă: Pentru un strat subțire de apă de 0,1 mm, lumina laser albastră se transmite aproape fără pierderi(99,99%), în timp ce lumina IR de 2000 nm scade la 90,48%, iar lumina laser CO₂ scade aproape la zero(0,004%). Chiar și o cantitate mică de umiditate poate bloca complet CO₂ și poate suprima parțial iradierea laser de 2000 nm.
Cu un strat de apă de 1 mm, coeficienții de transmisie sunt:
- Laser albastru: 99,99%
- Laser de 2000 nm: 36.79%
- Laser CO₂: 0%
Impactul asupra dozei de iradiere: În ferestre de tratament scurte (50-100 ms), o picătură de apă (5×5×1 mm³) absoarbe întreaga doză de CO₂ și aproximativ 63% din doza laserului de 2000 nm. Pentru laserul IR, această energie absorbită crește temperatura picăturii de la 20°C la punctul de fierbere folosind doar 8,4 W, dar doar 8-10% din aceasta se va evapora. Acest lucru limitează cantitatea de energie care ajunge efectiv la buruieni, reducând eficiența.
Câmpuri inundate sau irigate: În straturile adânci de apă, cum ar fi orezăriile (10 cm), laserele albastre încă transmit peste 99% din energie la țintă, în timp ce laserele de 2000 nm și CO₂ livrează practic zero.
Această analiză arată că chiar și ploaia ușoară sau irigarea afectează semnificativ performanța laserelor IR și CO₂, în timp ce sistemele cu laser albastru rămân foarte eficiente în medii umede.
Greutatea, dimensiunile și influența lor asupra integrării
În cazul sistemelor laser mobile sau de teren, greutatea și dimensiunile fizice au un impact semnificativ asupra integrării, mobilității și consumului de energie. Laserele albastre oferă avantaje clare în ambele domenii:
Greutatea totală a unui sistem laser albastru de 320 W, inclusiv răcirea, este estimată la numai 14 kg. În schimb, un sistem laser de 200 W la 2000 nm cântărește aproximativ 61 kg cu agregatul său de răcire, iar o instalație laser CO₂ tipică cântărește aproximativ 48 kg. Aceasta înseamnă că două module laser albastru combinate cântăresc mai puțin decât un singur sistem laser de 2000 nm sau CO₂.
În ceea ce privește dimensiunile, laserele albastre sunt extrem de compacte. Un modul laser albastru de 320 W nu măsoară mai mult de 100×300×300 mm - sub 10 dm³. Prin comparație, un sistem laser de 2000 nm ocupă peste 169 dm³, iar un sistem laser CO₂ ajunge la 92-97 dm³. În plus, laserele CO₂ sunt adesea construite din tuburi de sticlă fragile, măsurând până la 165 cm lungime, ceea ce le face dificil de montat sau protejat în medii mobile.
În concluzie, laserele albastre sunt de peste 12 ori mai mici decât laserele IR de 2000 nm și de peste 7 ori mai mici decât sistemele laser CO₂. Aceste dimensiuni compacte permit montarea pe vehicule agricole ușoare sau pe brațe robotizate, crescând dramatic flexibilitatea în implementarea pe teren.
Avans în controlul de precizie al buruienilor cu tehnologia laserului albastru
Cercetările au arătat că efectul laserelor asupra buruienilor depinde de puterea optică, timpul de expunere, dimensiunea spotului și , cel mai important, de lungimea de undă a laserului. Lumina albastră este cunoscută ca fiind foarte absorbită de materia organică și acesta este cazul marii majorități a plantelor. Acest lucru se datorează clorofilei utilizate în fotosinteza oxigenică și, pentru a fi mai precis, a două tipuri de clorofilă: clorofila-a și clorofila-b. Dacă ne uităm la spectrul de absorbție al acestor doi pigmenți, devine evident că lumina albastră se potrivește de minune, cu vârfuri de absorbție la 430 nm (tipul a-) și 470 nm (tipul b). Datorită acestui fapt, erbicidarea cu laser albastru necesită puteri optice mai mici pentru a elimina eficient plantele nedorite.
Dar nu doar absorbția face ca laserele albastre, și în special laserele albastre cu diodă, să fie potrivite pentru erbicidarea cu laser. Sistemele laser cu diode albastre sunt mult mai compacte în comparație cu sistemele CO2, ceea ce face ca laserele albastre să fie ușor de instalat pe diferite utilaje și permite montarea mai multor unități în serie. Efectiv, laserele albastre permit prelucrarea unei suprafețe mai mari deodată, ceea ce crește viteza întregului proces.
Diodele laser albastre sunt sisteme de joasă tensiune, cu curent continuu, ceea ce înseamnă că sunt mai sigure de utilizat în medii aride decât laserele CO2 și, în același timp, mai sigure pentru lucrători (deoarece laserele CO2 utilizează tensiune alternativă). Sistemele cu diode laser albastre sunt ușoare și nu necesită răcire cu apă, ceea ce are un impact pozitiv asupra consumului de combustibil al vehiculelor. Dimensiunea spotului laser este foarte reglabilă, astfel încât poate fi adaptată fie pentru tratamente de înaltă precizie, fie pentru operarea pe suprafețe mari. Diodele laser au, de asemenea, o eficiență mai mare decât laserele CO2, astfel încât, în combinație cu durata lor lungă de viață, reprezintă o soluție foarte rentabilă.
Avantajele erbicidării cu laser cu diodă albastră:
- Lungime de undă foarte absorbită de plante - nu este nevoie de puteri optice extrem de mari
- Metoda fără contact înseamnă fără daune fizice
- Ecologic
- Dimensiuni compacte și greutate redusă
- Rentabil, necesită întreținere minimă
