Rijdend door Iowa, Hendrik J. Viljoen, vooraanstaand hoogleraar chemische en biologische technologie aan de Universiteit van Nebraska, merkte op dat de sojabonenvelden elk seizoen meer en meer werden besmet met onkruid. De boosdoener is een glyfosaat-resistent onkruid genaamd "palmeramarant, " die de gewassen in het Midwesten bedreigt.

Een pesticide dat momenteel wordt gebruikt voor het bestrijden van palmeramarant is "Dicamba, " maar het heeft verwoestende gevolgen voor aangrenzende gebieden, schade toebrengen aan bomen en andere gewassen, omdat het de neiging heeft om te drijven wanneer het wordt gespoten tijdens winderige omstandigheden.

Als een vaste gelovige in het concept dat ons welzijn nauw verbonden is met de gezondheid van de gewassen en dieren in onze voedselketen, Viljoen meldt in het tijdschrift Fysica van vloeistoffen , dat hij werd geïnspireerd om een ​​manier te vinden om onkruid te behandelen die elk risico op drift van pesticiden elimineert.

"Een pesticideoplossing kan worden gestabiliseerd op een roterende horizontale cilinder/roller, vergelijkbaar met een houten honingdipper, " zei Viljoen. "De stabiliteit hangt af van de snelheid waarmee de applicator draait. Maar de roller is slechts een onderdeel van een groter proces, en er zijn enkele technische details over de rol die we ook behandelen, namelijk het aanvullen van de pesticidelading via wicking vanuit een reservoir in het midden van de cilinder."

De manier waarop bestrijdingsmiddelen op planten worden toegepast, maakt verschil. Ze kunnen vanaf de bovenkant van het blad worden gespoten, rolde voort, of geleverd door een gekartelde roller om het tegelijkertijd te schuren en het pesticide aan te brengen. "We komen pas tot een optimaal ontwerp als we begrijpen hoe de werkzame stof in het bestrijdingsmiddel aan het onkruid wordt afgegeven. hoe het het floëem binnendringt (het vasculaire systeem van de plant dat het actieve ingrediënt transporteert), en de werkzaamheid van het dodingsmechanisme, " legde Viljoen uit.

Om het bestrijdingsmiddel op onkruid aan te brengen, rollen kunnen op kleine robots of tractoren worden gemonteerd. "Ons huidige onderzoeksdoel is om een ​​systeem te ontwikkelen waarbij onbemande luchtvaartuigen beeldvelden afbeelden en de beelden voeden met getrainde neurale netwerken om het onkruid te identificeren, " zei hij. "De informatie over onkruidsoorten en hun exacte locatie zal dan door de robots worden gebruikt om het onkruid te behandelen."

Een belangrijke bevinding van de groep van Viljoen is dat de voorkeursmanier om de rol te bedienen is om hem zo te draaien dat de oorspronkelijke snelheid aan de onderkant van de rol samenvalt met de richting waarin de robot zich voortbeweegt. Ze doen nu experimenten om te bepalen of er een voorkeur is voor de opname van palmer amarant, evenals het verkennen van het maken van een deel van het oppervlak van de roller gekarteld. "Het idee is om fysiek in de opperhuid te dringen om de hoeveelheid actief ingrediënt die aan de wiet wordt afgegeven, te verbeteren, " zei hij. "Om ons begrip te verbreden, we hebben een wiskundig model ontwikkeld van het transport van het bestrijdingsmiddel in het floëem."

Het belang van dit werk is dat hoewel er een toenemende druk is om genoeg voedsel te produceren voor een groeiende bevolking, de huidige aanpak is onhoudbaar. De trend van vandaag is om grotere hoeveelheden en krachtigere chemicaliën te gebruiken om onkruid en invasieve soorten te bestrijden die resistent zijn geworden tegen voorheen effectieve pesticiden.

"We moeten de impact van onze praktijken op het milieu minimaliseren en het gebruik van chemicaliën verminderen, hun residuen en metabolieten in onze voedselketen en op de grotere ecologie, Viljoen zei. "Er bestaan ​​technologieën die ons kunnen helpen deze doelen te bereiken. Precisiespuittechnologieën gebruiken kunstmatige intelligentie om onkruid te identificeren en alleen specifieke gebieden te spuiten, maar we kunnen het beter. We moeten het risico op drift elimineren en de blootstelling van gewassen en grond aan pesticiden minimaliseren."

Het ontwikkelen van een driftvrije, onkruidspecifieke applicator maakt de weg vrij voor autonome onkruidbestrijding met slimme robots. "In dit stadium we kunnen ons het volledige nut van deze robots niet voorstellen, maar ze bieden ons de mogelijkheid om velden te onderzoeken en ons te waarschuwen voor uitbraken van ziekten, plagen of nematoden, " zei Viljoen. "In de toekomst, de roller zou - met enkele aanpassingen - ook kunnen worden gebruikt om kleine RNA-moleculen aan planten af ​​​​te leveren. Kleinere landbouwbedrijven die zich richten op gespecialiseerde producten zullen waarschijnlijk de eerste gebruikers van de technologie zijn."