REZUMAT ETAPA 2 – Elaborarea solutiilor eco-nanotehnologiilor si echipamentelor inteligente
La nivelul etapei 2 a Proiectului Complex “Eco-nano-tehnologii si echipamente inteligente pentru cartografierea proprietatilor solului si evaluarea in dinamica plantei, in vederea eficientizarii productiei agricole si protectiei mediului” indicatorii de rezultat atinși sunt: 5 articole publicate în Proceedings indexat ISI; 2 articole publicate în Proceedings indexate BDI; 3 articole in evaluare pentru publicare în revistă indexată BDI; 3 brevete (sau cereri de brevet) Nationale; 10 participari la conferinte nationale sau internationale; 1 Carte; 1 Tehnologie; 5 studii tehnice de analiză și documentare.
PROIECT COMPONENT – Pr. 1 – Dezvoltarea si implementarea de eco-nano-tehnologii si echipamente inteligente pentru cartarea proprietatilor solului
In cadrul proiectului a fost dezvoltata o tehnologie noua care integreaza echipamente ce se vor dezvolta in cadrul proiectului precum si echipamente existente pe piata. Tehnologia propusa urmareste aplicarea fertilizantilor in arii precise si in cantitati necesare dezvoltarii optime a culturilor. Etapele de aplicare a tehnologiei cuprind atat faza premergatoare infintarii culturii cat si faza dezvoltarii acesteia pana la recoltare. In prima faza, asa cum se prezinta in figura urmatoare, la sediul fermei se stabileste planul de cultura care cuprinde culturile care se vor infinta precum si suprafetele aferente. De asemenea acesta va cuprinde si istoria culturilor pe aceste suprafete. Dupa stabilirea planului se trece la efectuarea lucrarilor in teren pentru scanarea proprietatilor solului. Cu ajutorul acestor proprietati si pe baza informatiilor agro-tehnice se determina necesarul de nutrienti cu o rezolutie foarte mare de ordinul metrilor patrati sau zeci de metri patrati pentru fiecare cultura pe baza algoritmilor de fertilizare implementati in programme de calculator inregistrate la ORDA – Oficul Roman pentru Drepturi de Autor (supuse proprietatii intelectuale). Pe baza acestor informatii de fertilizare, cu ajutorul echipamentelor specializate cu distributie cu rata variabila, se distribuie nutrientii. In lipsa unor utilaje specializate cu distributie variabila se pot utiliza echipamente clasice pe suprafete mai mici stabilite de catre agronomi la o rata de distributie ca media necesarului de nutrienti pe suprafata respectiva. Astfel putem vorbi de o rata de distributie variabila la nivel zonal care sa contribuie la optimizarea nutrientilor la nivel zonal cu impact pozitiv asupra mediului. In continuare se trece la infintarea culturii, etapa fireasca in dezvoltarea unei culturi.
PROIECT COMPONENT – Pr. 2 – Module inteligente de achiziţie şi de control al proceselor de cartare a proprietatilor solului
Pe durata etapei II s-a realizat Sistemul automat electrohidraulic de reglare a adâncimii de prelevare al probei de sol pentru a răspunde cerințelor proiectului. Astfel proiectul pentru acest sistem au fost orientat spre sistemele electrohidraulice numerice integrate la nivel de actuator. S-a identificat experimental performanțele servovalvelor moderne prevăzute cu interfață de comandă numerică pe un stand propriu, dezvoltat special pentru comparația cu servovalvele clasice, susceptibile la perturbații electromagnetice. Totodată rezultatele experimentale au fost folosite la validarea modelelor matematice analitice și simulate cu limbaje specializate. Acestea au fost folosite și ca referință pentru controllerul digital dezvoltat de autori la proiect.
Platforma tractată pentru montarea modulelor a fost realizată împreună cu Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Maşini şi Instalaţii destinate Agriculturii şi Industriei Alimentare (INMA) având în vedere cerinţele proiectului, cât şi experienţă acestui institute în realizarea echipamentelor pentru agricultură. S-a elaborat documentația de execuție pentru modelul experimental al platformei de cartografiere a proprietăților solului. Sistemul de achiziţie şi procesare a datelor; a fost realizat pe o placa Raspberry Pi 3 Model B+ pe baza criteriului ecosistemului software existent pentru aceasta, a procesorului multinucleu (pentru a putea permite achiziționarea teoretică simultană a datelor de la mai mulți senzori), a posibilității bootării de pe card microSD sau stick USB (utilizat și ca mediu de stocare pe termen lung) existenței interfețelor necesare pentru controlul perifericelor digitale selectate pentru proiect (are 4 porturi USB), a componentei Wi-Fi. S-a ales achiziţionarea unui kit care include placa Raspberry Pi împreună cu o carcasă, precum și a unui card microSD, respectiv a unui alimentator de priză, ultimele două fiind necesare în etapele inițiale ale dezvoltării software, pentru a permite dezvoltare software în paralel cu dezvoltarea soluției finale de instalare și a evita eventuale întârzieri apărute în procesul de achiziție a unor componente. Alimentarea modulului este izolată galvanic de domeniul de electronică de putere (hidraulică, restul tractorului) pentru a reduce instabilitatea în funcționare și riscul defectării sistemului de comandă (cu Raspberry Pi) în timpul funcționării datorită de exemplu, unor cuplaje parazite. Implementarea software-ul de procesare a datelor şi cartarea În arhitectura proiectului și alegerea software-lui au fost prevăzute conexiuni temporare pe durata procesului de dezvoltare software pentru depanare cu tastatura+mouse USB, respectiv interfață de stocare pe termen lung. Sistemul oferă interfețele necesare pentru configurarea dispozitivelor sursă și pentru interfațarea cu senzori.
PROIECT COMPONENT – Pr. 3 – Adaptarea metodologiei de elaborare a studiilor agrochimice la informațiile furnizate de eco-nano-tehnologii și echipamente inteligente pentru cartografierea proprietăților solului în vederea eficientizării producției agricole și protecției mediului
Pentru realizarea unui management adecvat al nutrienților la nivel de fermă agricolă este recomandată efectuarea unui studiu agrochimic la un interval de 4 ani. În cadrul unui studiu agrochimic trebuiesc analizați indicatori agrochimici relevanți pentru evaluarea stării agrochimice a solului, respectiv a stării de aprovizionare cu nutrienți în vederea sabilirii dozelor de îngrășăminte și/sau amendamente recomandate pentru culturile din asolamentul fermei. Arealele de testare au fost localizate cu coordonate geografice. Au fost recoltate probe de sol din 6 areale de testare, respectiv din 17 blocuri fizice. Au fost efectuate analize în laborator pe probele de sol recoltate pentru determinarea indicatorilor agrochimici care sunt utilizați în studiile agrochimice pentru întocmirea planurilor de fertilizare la nivel de fermă. Au fost analizate probe de sol folosind procedurile standard de laborator utilizate în metodologia clasică de elaborare a studiilor agrochimice, rezultatele urmând a fi comparate cu informația furnizată de eco-nano-tehnologiile și echipamentele inteligente utilizate în cadrul proiectului utilizând metode de comparare specifice. Au fost stabilite dozele optim economice și dozele optim tehnice de aplicare a îngrășămintelor utilizând metodologia clasică de elaborare a studiilor agrochimice.
PROIECT COMPONENT – Pr. 4 – Econanotehnologie si sistem UAV pentru monitorizarea componentelor biotice cu rol in modelarea materiei organice din sol in scopul reducerii impactului modificarilor climatice in agroecosisteme
Etapa a contribuit la realizarea unei eco-nanotehnologii bazata pe dezvoltarea unei noi aplicatii pentru monitorizarea non-invaziva a componentei biotice cu rol in acumularea materiei organice din sol, utilizand un sistem UAV adaptat, cu nano-senzori si nano-sisteme de transmisie inteligente, care asigura folosirea eficienta in agricultura a resurselor naturale precum apa si protectia materiei organice din sol dar si conservarea biodiversitatii.
PROIECT COMPONENT – Pr. 5 – Evoluția plantelor legumicole în dinamică, utilizând biosenzori și echipamente inteligente pentru scanarea proprietăților solului – BIOSENZOR
În această etapă, obiectivul principal a fost de a realiza și dezvolta un nou concept tehnologic care să eficientizeze utilizarea nutriției pentru obținerea producției horticole. Acesta se bazează pe monitorizarea intensității curentului electric creat în tulpina plantelor de Solanum lycopersicum L., prin intermediul a doi electrozi, utilizând dispozitivul Keysight B2981AFemto/Picoammeter, care poate face măsurători în intervalul 0,01fA – 20mA. Astfel, au fost testate 10 variante experimentale toate comparate cu o variantă martor udată cu apă de irigat obișnuită, astfel: (1) MgSO4, (2) KNO3, (3) K2SO4, (4) Ca (NO3)2, (5) KH2PO4, (6) KCl, (7) MgSO4 + KNO3 + KH2PO4, (8) K2SO4 + Ca (NO3)2 + KCl, (9) amestecul dintre cele 6 macroelemente şi (10) câte un macroelement/zi. Rezultatele obținute cu privire la activitatea electrică a plantelor poate fi folosită ca parametru important pentru monitorizarea consumului de nutrienți. Plecând de la rezultatele obținute experimental a fost proiectat și realizat un nou concept de biosenzor care este capabil să controleze necesarul plantei și să furnizeze elementele de care planta are nevoie.
Denumire rezultat | Număr |
Articole ISI | 5 |
Articole BDI | 2 |
Studii tehnice de analiză şi documentare | 5 |
Tehnologii | 1 |
Cărţi | 1 |
Cereri de brevet | 3 |
Participări conferinţe | 10 |
Alte rezultate | 6 |