ZESPÓŁ AUTORSKI:

Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

• dr hab. inż. Krzysztof Słowiński, prof. URK - kierownik zespołu,
• dr hab. inż. Sylwester Tabor, prof. URK,
• dr inż. Beata Grygierzec

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Wraz ze wzrostem globalnej populacji, nasilającym się tempem antropopresji, wzrastającym zapotrzebowaniem na żywność pochodzenia roślinnego, oraz wzrostem produkcji roślinnej nasila się także potrzeba zwalczania chwastów, m.in. w celu ochrony upraw, ale także ze względów estetycznych, czy bezpieczeństwa, jak np. w przypadku barszczu Sosnowskiego (Heracleum sosnowskyi Manden). Obecnie herbicydy dominują w metodach zwalczania chwastów, jednak w związku z obawami wynikającymi z wpływu stosowanej chemii na środowisko i zdrowie człowieka, producenci są pod stałą presją wywieraną przez wymagania prawne i organy kontrolne. Stąd poszukuje się nowych bezpiecznych, a zarazem skutecznych metod walki z uciążliwymi roślinami. Barszcz Sosnowskiego jest rośliną zielną z rodziny selerowatych (Apiaceae). Pierwotnie występował w rejonach Kaukazu, z czasem zaczął się rozprzestrzeniać na tereny Europy Środkowej i Wschodniej. Walka z tą rośliną bywa niezwykle trudna. Chwast z łatwością i w bardzo szybkim tempie zajmuje coraz to większe obszary, powodując tym sam degradację środowiska. Barszcz Sosnowskiego jest niebezpieczny dla zdrowia z powodu występujących w nim związków (furanokumaryny), które w kontakcie ze skórą powodują bardzo poważne oparzenia. Nie tylko kontakt z tą roślin jest niebezpieczny, ale także jej przypadkowe spożycie przez zwierzęta może powodować zapalenie przewodu pokarmowego oraz krwawienia. W praktyce stosuje się dwie metody zwalczania tej rośliny - chemiczną poprzez stosowanie herbicydów i mechaniczną poprzez wykopywanie korzeni, lub 4-krotne koszenie w ciągu roku nieprzerwanie przez 12 lat. Proponowany wynalazek to mikrofalowe urządzenie do niszczenia szczególnie uciążliwych i niebezpiecznych roślin dla zdrowia ludzi i zwierząt. Do tej pory walka z barszczem Sosnowskiego trwa wiele lat i polega na tzw. usuwaniu skutków, czyli rosnących roślin. Nikt dotąd nie podjął się opracowania metody zwalczania, która usunie przyczynę pojawiania się barszczu, czyli w tym przypadku nasion. Proponowana metoda mikrofalowego usuwania roślin barszczu dotyczy nie tylko rosnących roślin, lecz także nasion, które znajdują się w glebie lub na jej powierzchni. Emitowane z urządzenia promieniowanie mikrofalowe powoduje trwałe uszkadzanie nasion wokół roślin. Szacuje się, że po kwitnieniu i dojrzeniu nasion (jesienią) znajduje się w pobliżu jednej rośliny macierzystej do 12 tys. żywych nasion (śr. 6,7 tys.) na 1 m², z czego 98% znajduje się w górnej warstwie gleby o grubości 5 cm. Zatem zaproponowana metoda kompleksowo i co ważne trwale przyczynia się do ograniczenia populacji barszczu Sosnowskiego.
Znane w literaturze urządzenia do niszczenia chwastów są urządzeniami do zastosowań praktycznych i posiadają wady. Urządzenia chemiczne rozpylają ciecz, która unicestwia rośliny. Wadą tych urządzeń jest narażenie obsługi na substancje chemiczne, a także pozostałości w glebie chemii. Urządzenia mechaniczne niszczą chwasty przez wykaszanie, bądź rozdrabnianie, bądź wypalane przez rozgrzaną wodę, bądź płomień ze spalania gazu. Pierwsze są mało skuteczne - chwasty odrastają, ponieważ niszczy się głównie części nadziemne roślin, części podziemne – korzenie, jeśli zostaną pocięte na mniejsze części lubią odrastać i przez to zabieg nie jest skuteczny. Przy działaniu mikrofal na roślinę nagrzewa się jej korzenie w glebie i przez to zostają zniszczone. Skonstruowane urządzenie nie posiada tych wad. Robot zdalnie sterowany w przypadku barszczu Sosnowskiego pozwala na wyeliminowanie bezpośredniego udziału człowieka - ciężkiej i obarczonej ryzykiem pracy fizycznej w skutecznym zwalczaniu tej niebezpiecznej rośliny. Nie bez znaczenia jest także skuteczne i trwałe ograniczenie zdolność kiełkowania większej ilości nasion, czego jak dotychczas nikomu nie udało się osiągnąć.

ISTOTA WYNALAZKU

Przedmiotem wynalazku jest zdalnie sterowany robot do mikrofalowego niszczenia chwastów, w szczególnym przypadku barszczu Sosnowskiego. W robocie zastosowano anteny emitujące mikrofale do rośliny rosnącej w glebie. Emiter robota wyposażono w 9 anten ułożonych w dwóch rzędach oraz w 9 generatorów mikrofal. W przykładzie wykonania emitera mikrofal zostały wykorzystane magnetrony wytwarzające fale elektromagnetyczne o częstotliwości 2450 MHz. Każdy magnetron posiada własny: układ zasilania, falowód i antenę emitującą mikrofale. Do wyjścia anteny zamontowano płytkę ją osłaniającą (np. mikowa). Magnetron przykręcono bezpośrednio do falowodu. To rozwiązanie jest kompaktowe. Średnia powierzchniowa gęstość mocy dla wymiarów skonstruowanej anteny dla zastosowania magnetronu wynosi 30 kW/m2. Anteny ustawione są obok siebie w dwóch rzędach, przy czym anteny z jednego rzędu (5 anten są przesunięte o połowę szerokości jednej anteny względem drugiego rzędu (4 anteny), co daje większą równomierność nagrzewania. Anteny zawieszone są na pojeździe o podwoziu gąsienicowym i najeździe elektrycznym. Pojazd przemieszcza anteny z zadaną prędkością nad niszczonymi roślinami. Następuje podnoszenie temperatury roślin oraz ich destrukcja.
Zamocowanie anten wewnątrz metalowej osłony ogranicza upływ mikrofal do otoczenia. Zbudowany układ zasilający magnetrony daje możliwość włączenia sygnału dźwiękowego i świetlnego informującego o emisji mikrofal. Sterownik umożliwia włączenie urządzenia. Poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika elektrycznego w układzie napędowym, bądź poprzez jego okresowe włączanie i wyłączanie następuje zmiana energii promieniowania przypadającej na jednostkę powierzchni odchwaszczanej. Robot zdalnie sterowany zasilany jest z trójfazowego agregatu prądotwórczego (moc nominalna 12,8 kW), który jest umieszczony na podwoziu gąsienicowym, co daje możliwość pracy w różnych warunkach terenowych, nawet tych bardzo niekorzystnych.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Brak konkurentów rynkowych dla proponowanego urządzenia w odniesieniu do niszczenia roślin inwazyjnych. Obecnie zwalcza się roślinność inwazyjną metodami połączonymi: mechaniczno - chemicznymi, a w obszarach chronionych ręcznie (poprzez wykopywanie, koszenie). Skuteczność tych metod w ograniczaniu populacji roślin inwazyjnych nie jest duża, zwłaszcza w jednym cyklu wegetacyjnym. Są to kosztochłonne zabiegi, poza tym powstaje odpad w postaci masy nadziemnej i podziemnej, który należy zutylizować. Wymienione metody nie niszczą też nasion w przeciwieństwie do mikrofal. Obecnie ta technologia jest wybitnie innowacyjna. Do tej pory nie było takiego rozwiązania wykorzystującego promieniowanie mikrofalowe emitowane z anteny tubowej do niszczenia uciążliwych roślin. Obecnie obserwuje się duże zapotrzebowanie na tego typu rozwiązanie, bowiem łączy ono ochronę środowiska ze skutecznością zwalczania. W opinii składających wniosek urządzenie dedykowane jest na rynek ogólnopolski, a nawet światowy.