Kör över Iowa, Hendrik J. Viljoen, framstående professor i kemisk och biologisk teknik vid University of Nebraska, märkte att sojabönsfälten blev alltmer angripna av ogräs för varje säsong. Boven är ett glyfosatresistent ogräs som kallas "palmer amaranth, "som hotar grödor i Mellanvästern.
Ett bekämpningsmedel som för närvarande används för att kontrollera palmer amaranth är "Dicamba, "men det har förödande effekter på angränsande områden, skada träd och andra grödor, eftersom den tenderar att glida när den sprutas under blåsiga förhållanden.
Som en fast troende på konceptet att vårt välbefinnande är nära kopplat till hälsan hos grödorna och djuren i vår näringskedja, Viljoen rapporterar i tidningen Vätskans fysik , att han inspirerades till att skapa ett sätt att spotbehandla ogräs som eliminerar risken för avdrift av bekämpningsmedel.
"En bekämpningsmedelslösning kan stabiliseras på en roterande horisontell cylinder/rulle som liknar en honungstippare i trä, ", sa Viljoen. "Dess stabilitet beror på hastigheten med vilken applikatorn roterar. Men rullen är bara en del av en större process, och det finns några tekniska detaljer om valsen som vi också tar upp, nämligen att fylla på bekämpningsmedelsbelastningen genom att transportera från en behållare i cylinderns centrum. "
Det sätt på vilket bekämpningsmedel appliceras på växter gör skillnad. De kan sprutas från toppen av bladet, rullade på, eller levereras av en tandad rulle för att samtidigt skrapa den och applicera bekämpningsmedlet. "Vi kommer bara fram till en optimal design om vi förstår hur den aktiva ingrediensen i bekämpningsmedlet levereras till ogräset, hur det kommer in i floemet (växtens kärlsystem som transporterar den aktiva ingrediensen), och effekten av dess dödande mekanism, " förklarade Viljoen.
För att applicera bekämpningsmedlet på ogräs, rullar kan monteras på små robotar eller traktorer. "Vårt nuvarande forskningsmål är att utveckla ett system där obemannade flygfarkoster avbildar fält och matar bilderna till utbildade neurala nätverk för att identifiera ogräset, "sa han." Informationen om ogräsarter och deras exakta plats kommer sedan att användas av robotarna för att upptäcka behandling av ogräs. "
En viktig upptäckt av Viljens grupp är att det föredragna sättet att använda valsen är att rotera den så att den ursprungliga hastigheten vid valsens undersida sammanfaller med den riktning roboten färdas. De gör nu experiment för att bestämma eventuell upptagningsfördom för palmer amarant, samt utforska att göra en del av rullens yta tandad. "Tanken är att fysiskt tränga in i överhuden för att öka mängden aktiv ingrediens som levereras till ogräset, "sa han." För att bredda vår förståelse, Vi har utvecklat en matematisk modell för transport av bekämpningsmedlet i floemet. "
Betydelsen av detta arbete är att även om det ökar trycket för att producera tillräckligt med mat för en växande befolkning, den nuvarande metoden är ohållbar. Trenden idag är att använda ökade mängder och mer potenta kemikalier för att bekämpa ogräs och invasiva arter som har utvecklat resistens mot tidigare effektiva bekämpningsmedel.
"Vi måste minimera vår praxis på miljön och minska användningen av kemikalier, deras rester och metaboliter inom vår näringskedja och på den större ekologin, "Viljoen sa." Det finns teknik som kan hjälpa oss att uppnå dessa mål. Precisionssprutningstekniker använder artificiell intelligens för att identifiera ogräs och spraya endast specifika områden, men vi kan göra det bättre. Vi bör eliminera risken för drift och minimera exponering av grödor och mark för bekämpningsmedel. "
Utveckla en driftfri, ogrässpecifik applikator kommer att bana väg för autonom ogräsbekämpning med smarta robotar. "I detta skede, vi kan inte föreställa oss alla dessa robotars fulla nytta, men de erbjuder oss möjlighet att undersöka fält och varna oss för sjukdomsutbrott, blödningar eller nematoder, sa Viljoen. I framtiden rullen - med vissa modifikationer - kan också användas för att leverera små RNA -molekyler till växter. Mindre gårdsverksamheter som fokuserar på specialiserade produkter kommer sannolikt att bli de första som använder tekniken."
