SoilReader – універсальний дослідник ґрунту

Автоматизоване управління технікою за допомогою GPS, картографування полів, технологія точного посіву, датчики ґрунту та води з підключенням до інтернету – всі ці та інші інновації дозволили фермерам набагато краще зрозуміти специфіку вирощування конкретних культур і застосовувати для отримання врожаю тільки ті добрива й засоби захисту, які справді необхідні рослинам. Оскільки ціни на засоби виробництва доволі високі, зріс попит на нові технології, які допомагають вдосконалити їх внесення.

Аналіз ґрунту в режимі реального часу

Точне землеробство продовжує активно розвиватися з року в рік, однак розуміння стану і характеристик ґрунту в режимі реального часу в галузі досі ще не було досягнуто і залишалося справжньою загадкою для розробників подібних технологій. До кінця 2023 року ця ситуація буде виправлена, оскільки на ринок вийде SoilReader – новий розумний пристрій для оцифрування ґрунту. Розробником технології став винахідник-ентузіаст Ерік Ейзинг.

SoilReader – це технологія аналізу ґрунту в реальному часі за допомогою спектрометрії у видимому та ближньому інфрачервоному діапазоні спектра (visible and near-infrared spectrometry, VNIRS). SoilReader являє собою пристрій, що легко монтується на сільгосптехніку.

Такий підхід дозволяє вивести обробіток ґрунту, внесення добрив зі змінною нормою, посів та багато інших технологічних операцій на зовсім новий рівень. Дизайн та функціонал цього польового інструменту було створено після комплексного аналізу сільськогосподарських процесів в АПК та опрацювання систем дослідження ґрунтів.

Технологію можна буде інтегрувати з будь-якою платформою для внесення добрив зі змінною нормою внесення, що є важливим для президента Еріка Ейзинга та його команди: «Ми хочемо інтегруватися з будь-якими платформами точного землеробства, щоб якомога більше фермерів могли скористатися нашою технологією».

Обладнання має власне програмне та апаратне забезпечення, а також спеціалізовані датчики з можливістю точного калібрування.

Пояснення для читачів: у спектрометрії VNIR використовуються довжини хвиль у видимому та інфрачервоному діапазонах для виявлення закономірностей і використання порівняльних, каліброваних еталонів для детального аналізу властивостей ґрунту. Саме з наявності й інтенсивності випромінювання певного роду в спектрах проводять якісний і кількісний аналіз складу ґрунту або інших речовин. Метод спектрометрії використовується в багатьох галузях промисловості для аналізу, включаючи фармацевтику, харчову промисловість тощо. Це точний, надійний, швидкий і економічно вигідний метод.

Запатентований винахід

Визначення в реальному часі вмісту поживних речовин, рівня вологості та інших параметрів ґрунту вже доступне за допомогою різноманітних систем зондування ґрунту, представлених на ринку. Крім того, кілька років тому були створені прилади, які проводять VNIR-аналіз ряду параметрів у зразках ґрунту в лабораторії (зокрема, такі прилади випускає компанія  Avantes, що базується в США). SoilReader поєднує в собі й те, й інше.

Ерік Ейзинг, розробник технології SoilReader, є канадцем із фермерським минулим. Свого часу він іммігрував до Канади з Нідерландів.

«Я завжди цікавився аналізом ґрунту, – розповідає він про себе. – Під час навчання на бакалавраті я копав траншеї і дивився на профілі ґрунту, і мені подобалося обговорювати інноваційні технології з різними студентами і науковцями.

Я почав займатися фермерством у Канаді з 1980 року, а наприкінці 1990-х знову зацікавився науково обґрунтованими інноваційними технологіями. На початку 2000-х років я познайомився з доктором Філом Вільямсом, якого минулого року було включено до Зали слави канадського сільського господарства на знак визнання його глобальної новаторської роботи в галузі VNIRS і керівництва першим у світі практичним застосуванням VNIRS як методу швидкого аналізу. Він проводив свою наукову роботу ще на початку 1970-х років. Я хотів дізнатися більше про VNIRS, і Вільямс став моїм наставником».

У 2005 році Ерік Ейзинг став членом наукової групи, яка використовувала VNIRS для аналізу гною. Через вісім років метод був комерціалізований великим промисловим виробником.

Згодом Ейзинг вирішив запатентувати власну розробку, щоб мати змогу звернутися до інвесторів і почати комерціалізацію. Він та його колеги подали заявку на отримання патенту США, і наприкінці 2017 року його було видано. Потім вони залучили капітал і знайшли підрядника для розробки програмного забезпечення, продовжили доопрацьовувати дизайн і проводити ретельне тестування нового приладу.

Ерік Ейзинг говорить: «Ми хотіли, щоб розробка не потребувала від фермерів калібрування в польових умовах».

Від ідеї – до готового продукту

Вперше прототип SoilReader було показано на виставці Agritechnica-2019. Наступні кілька років розробники працювали над вдосконаленням обладнання та активно тестували його в польових умовах як у Канаді, так і в Австралії. Вдосконалена технологія SoilReader буде знову представлена на суд аграріїв наприкінці поточного року. На цей час команда розробників вже отримала патенти в Канаді, ЄС та США, ще вісім патентних заявок перебувають на розгляді.

Під час проведення наукових дослідів із SoilReader в Австралії розробники використали один ґрунтообробний агрегат, який працював на смузі шириною 12 метрів зі швидкістю 16 км/год. У результаті тестування було отримано 340 активних GPS-сигналів на гектар, на 5-ти різних глибинах ґрунту з аналізом 15 різних показників, що становить 25 500 аналізів на гектар (340 х 5 х 15 = 25 500) зі швидкістю 140 аналізів на секунду.

«Це напрочуд точні та надійні дані в режимі реального часу, – стверджують розробники.  – Вони дадуть змогу фермерам отримувати максимально чітку картину того, що відбувається на полі, прогнозувати врожайність та працювати над її збільшенням без зайвих витрат».

SoilReader 101

• SoilReader – це технологія аналізу ґрунту в реальному часі за допомогою спектрометрії у видимому та ближньому інфрачервоному діапазоні спектра (VNIRS).
• SoilReader являє собою пристрій, що легко монтується на сільгосптехніку. Спектрометр і джерело світла розміщені всередині сошника з високоякісної сталі, який пройшов численні випробування на міцність під час контакту з камінням у ґрунті.
• Дані про вологість ґрунту, вміст поживних речовин тощо передаються через мобільний та супутниковий зв'язок або їх можна завантажувати на локальний жорсткий диск.
• SoilReader не надає карт для внесення добрив зі змінною нормою чи подібних інструментів. Він надає дані, які сприятимуть покращенню платформ точного землеробства, що вже представлені на ринку. Потенційно дані, отримані від SoilReader, можна буде використовувати для автоматизованого внесення елементів живлення в режимі реального часу, починаючи від внесення добрив, якщо рівень вологості ґрунту підтримує високий потенціал врожайності, і закінчуючи додатковим внесенням фосфору під час посадки, якщо ґрунт холодний, для забезпечення додаткової підтримки молодих рослин деяких культур. Іншими словами, залежно від аналізу SoilReader можна регулювати густоту посіву, кількість внесення добрив та засобів захисту, і головне – робити це тут і зараз.
• SoilReader розробляє датчик гною, який можна буде пов'язати з датчиком ґрунту, що дозволить в реальному часі контролювати внесення добрив зі змінною нормою за допомогою супутникових даних, які завантажуються/вивантажуються з обладнання для внесення гною.
• SoilReader буде доступний у кількох варіаціях: у вигляді пристрою з універсальним кріпленням, яке встановлюється на культиватор або сівалку, у вигляді пристрою з триточковим кріпленням для трактора, а також у вигляді автономного пристрою.
• Робоча глибина занурення SoilReader у ґрунт становить приблизно 15 см, але в разі потреби занурення на більшу глибину можна встановити диск більшого діаметра.
• Тиск на ґрунт також регулюється.
• Пристрій очікується в продажу наприкінці 2023 року.