Политех открыл в центре Томска "умную" теплицу-полигон

ТОМСК, 13 окт – РИА Томск.Томский политехнический университет (ТПУ) презентовал в субботу тепличный полигон, где будут испытаны новые технологии и оборудование для выращивания овощей и ягод в закрытом грунте. Как цифровые технологии и роботы могут повысить урожайность тепличных хозяйств – в материале РИА Томск.

Ранее сообщалось, что на полигоне планируется использовать передовые технологии политехников – фитотроны, керамические излучатели и другие. Управление гидропоникой и другими системами в теплице будет автоматизированным.

Полигон может стать центром проведения междисциплинарных фундаментальных и прикладных исследований в области агро- и биофотоники, альтернативной энергетики, цифровизации и роботизации сельского хозяйства, оптического материаловедения. Политехники намерены проводить совместные исследования с коллегами из стран Европы и Азии.

Даешь масштаб!

В портфеле разработок ученых томского политеха есть немало проектов для аграрной отрасли. Но, как это часто бывает, успешные результаты многих лабораторных экспериментов не вызывают доверия фермеров, а потому остаются лежать без дела. Аграрии в таких случаях примерно так объясняют свой отказ от новых технологий: "Повторите на большой территории результаты, полученные в маленькой лабораторной ячейке, и тогда мы пустим вас в наши теплицы".

И вот здесь возникает проблема – больших экспериментальных тепличных пространств просто нет. Вернее, не было. Весной этого года возле 10-го корпуса ТПУ (проспект Ленина, 2) началось строительство "умной" теплицы. В субботу, в заключительный день форума U-NOVUS, ее презентовали журналистам и участникам форума.

"Это будет полигон, на котором мы будем проводить исследования, результаты которых нам хочется воплощать в жизнь, – рассказывает молодой ученый ТПУ, инженер-светотехник Сергей Туранов. – В свое время мы не смогли перевести в промышленное производство свою разработку по инновационным светильникам для теплицы только потому, что фермеры просили показать масштабные эксперименты. Они не верили в результат".

Светильники, полив, регулировка температуры и влажности – все это организовано в теплице-полигоне с помощью автоматизированной системы, разработанной политехниками. Ее центр – так называемый шкаф управления. На внешней стороне его дверцы – индикаторы температуры и других параметров. Внутри шкафа – контроллеры и различные датчики, связанные между собой невидимым интернетом вещей.  Управлять системой можно не только в ручном режиме, но и со смартфона.

Испытания начинаются

Площадь построенного тепличного полигона – 300 квадратных метров. Он состоит из стального каркаса, обшитого со всех сторон двойным слоем пленки. Ширина – 9,6 метра, длина – 30 метров, высота – 4,5 метра. Помимо стандартных сетей, электроэнергию получают от установленной поблизости солнечной батареи.

Погодные условия станут первым испытанием для "умной" теплицы.

"Мы решили обшить теплицу двумя слоями пленки с воздушной прослойкой. С точки зрения тепловых качеств, это должно быть даже лучше трехслойного поликарбоната, но большие вопросы именно к реализации проекта в условиях суровых сибирских морозов. В теории обшивка должна отработать успешно весь сезон. Если не получится, будем укрывной материал менять. Это и есть экспериментально-исследовательская часть нашей работы", – говорит Туранов.

Еще одно направление исследований – технические параметры автоматизированной системы.

"Она управляет светоклиматической средой в автоматическом режиме. Выращивать здесь будем, в первую очередь, огурцы. Для них температура днем должна держаться на отметке в 22-23 градуса, ночью – 18-19. Влажность – 70-80%", – объясняет ученый.

За свет в теплице отвечают "умные" светильники. В субботу политехники показали только часть из них, а на днях получат большую партию светильников на всю теплицу от промышленного партнера вуза – АО "НИИПП".

"Уникальность фитосветильников в том, что они дают светораспределение, исключающее отражение света от поверхности листьев и выход его за пределы теплицы. Если посмотреть классические промышленные теплицы, то от них в темное время суток видно световое зарево на несколько километров: свет отражается от поверхности листьев и выходит за пределы теплицы. Мы эту проблему решили "умным" светораспределением", – рассказывает Туранов.

Также фитосветильники, подключенные к автоматической системе, учитывают освещение вокруг и индивидуальные потребности каждой тепличной культуры.

"Если мы заложили в систему, что для огурца нужно больше синего цвета, а потом больше красного, то система сама следит за этим режимом. Если какого-то цвета в конкретный момент мало, она его добавит. Например, зимой много облачных дней, синяя составляющая увеличена, красной составляющей мало. Система включает красные светодиоды в комбинации с синими на нужную мощность", – комментирует светотехник.

Светодиодные светильники и программное обеспечение для них, работающие в комплексе, называются "адаптивной облучательной системой". Это полностью томская разработка – политехники собрали ее, что называется, от и до.

Эффективность в килограммах

В килограммах, а еще днях и деньгах можно будет подсчитать эффективность применения разработок политехников для тепличного хозяйства.

"Мы рассчитываем, что в теплице повторятся результаты наших лабораторных исследований. А там мы выращивали салаты, например, на 5-6 дней быстрее обычного. Продуктивность выращивания по многим культурам увеличилась на 15% и более. С точки зрения энергопотребления, здесь должна быть колоссальная экономия (как минимум на треть), ведь мы оптимизировали светораспределение", – делится планами Туранов.

Ранее сообщалось, что, если полигон докажет свою эффективность, то опыт ТПУ можно будет применять для работы, к примеру, в Арктике. Сибирь в таком случае станет своеобразной первой ступенькой и тестовой площадкой.

Над проектом работают четыре группы ученых ТПУ, каждая отвечает за определенную задачу: управление метаболизмом, экспресс-оценка состояния растений, подбор оптимального спектрального состава света, теплоэнергетика и роботизация.

Проект из проекта

Для Сергея Туранова работа с тепличными системами не является единственным "световым" проектом. Ранее РИА Томск сообщало, что научный коллектив ТПУ создал прототип прибора для выращивания в домашних условиях водоросли хлореллы, популярной пищевой добавки.

Дело в том, что хлорелла (одноклеточная водоросль, концентрация белка в которой может достигать 50-60%) является популярной биологической добавкой, ее продают в порошках, таблетках и жидком виде ведущие магазины товаров для здоровья, в том числе американский IHerb. Стоимость хлореллы приличная, а польза, как уверяют производители, огромная.

"Научно-производственная лаборатория "Нанофотоника и оптическая инженерия" Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ разрабатывает различные комплексы для быстрого роста растений. Мы решили заняться хлореллой, полезной для человека и животных. Это тема, которую можно коммерциализировать. Она не пролежит на полке в виде научного труда, а может принести реальную пользу в отдельной квартире или животноводческом комплексе", – объясняет Туранов.

Культиватор (400-литровая емкость для выращивания хлореллы в хозяйствах), собранный политехниками, оснащен "умной" системой освещения – источник света находится внутри него. В емкость закладывается маточный раствор хлореллы, заливается очищенная вода и питательный раствор. Клетки хлореллы делятся, и когда достигают определенной концентрации, можно сливать готовый продукт.

Эксперименты показали, что в биокультиваторе политехников хлорелла растет быстрее в два-три раза по сравнению с некоторыми аналогичными устройствами. Это происходит благодаря уникальной технологии выращивания, которая включает в себя "умную" осветительную установку, а также систему рекуперации тепловой энергии и особый способ перемешивания раствора.

Справка:

ТПУ – крупнейший технический вуз за Уралом. За пять лет поднялся в рейтинге QS (Quacquarelli Symonds) из группы 600+ до 373-й строчки в 2018 году. В рейтинге Times Higher Education (THE) для развивающихся стран в этом году вуз занял 21-е место, улучшив свои позиции более чем в два раза по сравнению с результатом 2017 года.

С 2013 года участвует в программе "5-100" по повышению конкурентоспособности в мире. В 2018 году ТПУ вошел в число престижных инженерных вузов мира в Шанхайском предметном рейтинге. В области "Инжиниринг" по предмету Instruments Science & Technology вуз попал в одну группу (201-300) с известными университетами Франции, Финляндии и Израиля.

Также ТПУ входит в Шанхайский рейтинг университетов мира (Academic Ranking of World Universities, ARWU), в котором занимает место в группе 901-1000.