В газете Колос Сибири научного центра СФНЦА РАН опубликована статья о работе лаборатории OverGrower:
Прогрессивные технологии выращивания сельскохозяйственных культур в СФНЦА РАН (Май 2022, выпуск №2)
Во втором выпуске газеты Научный сотрудник Рыбаков Роман Владимирович рассказал о планах и перспективах развития лаборатории.
Представляем Вашему вниманию полный текст статьи:
В СФНЦА РАН существует несколько лабораторий, ведущих научную работу по части изучения прогрессивных сельскохозяйственных технологий. Лаборатория механизации овощеводства занимается изучением и разработкой технологий выращивания сельскохозяйственных культур.
Согласно выполнения государственного задания СФНЦА РАН и стратегий развития сельского хозяйства, главной задачей лаборатории в настоящее время являются исследования для обоснования и разработки систем технологического обеспечения производства продукции растениеводства в культивационных сооружениях, обеспечивающую снижение совокупных затрат, на основе использования цифровых технологий управления продукционными и технологическими процессами в условиях Сибири.
При участии лаборатории СФНЦА РАН был разработан уникальный программно-технический комплекс, который позволяет создавать и апробировать технологии выращивания различных культур как в полностью изолированных условиях, так и в условиях закрытого грунта.
В ходе экспериментов, которые проводятся на базе лаборатории, ученые получают большое количество информации, которую необходимо анализировать, изучать, создавать новые модели и методы, которые позволят осуществлять переход к цифровым технологиям и тем самым не только способствовать развитию сельскохозяйственной науки и техники в этом направлении, но и шагать в ногу со временем в этих областях, привлекая к теме овощеводства новые молодые кадры и создавая новые продукты для реального сектора экономики.
Какие исследования проводятся?
В 2021-2022 годах на базе лаборатории был разработан и создан уникальный программно-технический комплекс для апробации и отработки технологии выращивания растений отечественной селекции и семеноводства в полностью изолированных от окружающей среды помещениях.
В настоящее время проводится отработка технологии выращивания наиболее востребованных культур, таких как томаты и картофель, в закрытом помещении искусственно создается среда обитания с оптимальными параметрами микроклимата, обеспечивается питанием, освещением, обязательно используется обратная связь и производится сбор огромного числа данных. По этим данным далее производится анализ, строятся цифровые модели роста и урожайности растений, что даже на этом этапе открывает перспективные возможности дальнейшего развития в направлении так называемого Сельского хозяйства 4.0.
В процессе апробации и отработки технологии выращивания ведется централизованный сбор данных от растений и среды их обитания с использованием датчиков автоматизированного фитомониторинга. Используется динамический спектральный контроль излучаемого света, применяется комплекс методов по фенологическому наблюдению за растениями и комплекс методов по лабораторному анализу состава растений и питательной среды.
Кроме исследований, касающихся выращивания растений в изолированных помещениях, нашей лабораторией проводятся эксперименты по выращиванию теплолюбивых культур в разработанных ранее модульных укрытиях, эти укрытия позволяют выращивать томаты в грунте в условиях Сибири и получать хорошие показатели урожайности. Исследования проводятся для испытаний конструкции модульных укрытий и совершенствования системы управления их микроклиматом и поливом в комплексе.
Планы на ближайший год
В 2022 году планируется организовать серию экспериментов, которые должны показать зависимость цвета листьев от недостатка тех или иных компонентов питания. Получив эти данные, ученые построят цифровые модели и получат новые данные, которые, с одной стороны, позволят при помощи недорогих датчиков, по цвету листа, с высокой точностью устанавливать потребность растений в определенных микроэлементах. С другой стороны, новая информация представляет собой так называемый цифровой след, который можно использовать для разработки цифровых имитационных моделей и моделей управления.
За год ученые СФНЦА РАН планируют подготовить для внедрения в реальный сектор экономики создаваемый комплекс оборудования и методов для апробации и отработки технологии выращивания любых овощных культур в полностью изолированных от окружающей среды помещениях для нового направления городского фермерства.
Молодежь в помощь
Один из проектов молодежного коллектива Центра - «Создание виртуальной томатной культуры». Над проектом работают не только сотрудники СФНЦА РАН, но и привлеченные ранее талантливые студенты и даже школьники. Студенты-математики из НГУ, которые были привлечены в проект в рамках мероприятия «Большая математическая мастерская - 2021», это был второй семинар Математического центра НГУ в Академгородке, который приурочен к году науки и технологий, и который позволяет организациям и коллективам публиковать интересные задачи для студентов, которые они будут решать при поддержке экспертов различного уровня.
Проект направлен на разработку имитационных моделей, которые предсказывают рост растений в условиях различных защитных сооружений. Обобщенная модель имитирует урожайность, поглощение СО2, использование питательных веществ, энергии и воды, а также воздействие на окружающую среду.
Моделирование основано на измерениях растений томатов и условий их выращивания в реальном времени. На основе прогнозов модели можно скорректировать стратегию управления культурой и выявить улучшенные признаки растений.
Конечной целью проекта и является создание цифрового двойника растений, который будет использоваться для повышения эффективности ресурсов в тепличных системах выращивания томатов.
Это позволит снизить затраты и зависимость от ресурсов, сделав выращивание томатов и других культур более экономичным и создать рациональную систему производства и землепользования.
Как работа лаборатории может изменить жизнь людей?
Ученые планируют создать цифрового двойника живого растения.
Создание программно-аппаратного комплекса позволит изменить правила игры в некоторых отраслях научной и хозяйственной деятельность в области растениеводства.
Например, может быть кардинально изменен процесс селекции.
Если ученый будет иметь в своём распоряжении такой инструмент, который полностью имитирует реальную физическую живую систему и сможет «на ходу» изменять характеристики виртуальных растений и задавать необходимые для ученого параметры, то вся работа по выведению новых сортов культур будет производиться в несколько раз быстрее. Это обусловлено тем, что в цифровом мире время может протекать в миллионы раз быстрее. Разработка и внедрение такой технологии позволят экономить стране десятки лет работы тысячам ученых-селекционеров.
В лаборатории СФНЦА РАН уже создали уникальный программно-технический комплекс для апробации и отработки технологии выращивания растений, комплекс позволяет выращивать любые куль-туры в условиях изолированных помещений или в условиях сити-ферм.
Сити-фермерство в целом очень динамично развивается по всему миру, и работа, которую ведет лаборатория Центра в этом направлении, непременно будет использоваться в реальном секторе экономики, ведь результаты научной работы СФНЦА РАН уже внедрены в коммерческие решения для выращивания растений методом гидро- и аэропоники и работают в более чем 26 странах мира.
На сегодняшний день технологии автоматизации не так распространены и не настолько доступны по цене и простоте, чтобы их могли использовать простые садоводы-любители. Сейчас эти технологии и оборудование применяют только коммерческие организации и энтузиасты.
Но с каждым годом ситуация меняется, и новые решения становятся доступнее. Результаты работы научной лаборатории по разработке систем автоматизации выращивания рано или поздно станут доступны широкому кругу потребителей.
Возможно, в каждом огороде будет работать созданный при участии ученых СФНЦА РАН искусственный интеллект, обеспечивающий людей всем необходимым, чтобы с минимальными затратами получить отличный урожай и максимальное удовольствие от занятия садоводством.
