Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) работают над созданием и строительством инновационного автономного тепличного который сможет работать в регионах с экстремальными погодными условиями, например, в Арктике. О разработке сообщается в газета Национального исследовательского Томского политехнического университета «За кадры».

При разработке теплицы ученые используют инновационные технологии, над которыми работают ученые ТПУ: роботизированная система управления, керамические излучатели и многое другое. «Исследователями Томского политехнического университета реализуется масштабный междисциплинарный проект по разработке и строительству инновационного автономного тепличного полигона, для функционирования которого будут применяться передовые технологии ученых вуза: фитотроны, керамические излучатели, спектроскопические исследования, автоматизированные системы управления и другие», - говорится в сообщении.

По словам руководителя проекта, ассистента отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий Дамира Валиева, над проектом  «Разработка инновационного ресурсоэффективного исследовательского блочно-модульного тепличного полигона с применением цифровых технологий и робототехники, в том числе для использования в условиях Арктики» работает четыре группы ученых. Первая из них занимается оптическим материаловедением, ее задача – исследовать процессы, связанные с преобразованием излучения в видимое, чтобы адаптировать искусственное освещение под эффективное управление метаболизмом растений.

«Современный тренд в направлении «умных» теплиц – применение полупроводниковых излучателей и люминофоров с допантами. Однако перспективными с позиции светотехнической инженерии являются поликристаллические люминесцентные материалы. Их преимущества обусловлены более высокой эффективностью преобразования УФ-излучения в видимое, высокими тепловыми характеристиками, обеспечивающими длительный срок службы твердотельных источников света. Системы на основе данных технологий могут быть очень эффективными сместителями спектра, они по целому ряду параметров могут оказаться перспективными для применения в агросекторе. Насколько я знаю, научных работ, посвященных влиянию керамических преобразователей на биообъекты, пока нет. Поэтому на полигоне мы будем проводить подобные исследования, подбирать соотношения компонентов спектрального состава для возможного управления воздействием на биообъекты», – цитируются в сообщении пояснения Дамира Валиева.

Вторая научная группа занимается задачами, связанными с методами экспресс-оценки состояния растений. Третья группа работает над созданием уникальных, осветительных установок – фитотронов, занимается подбором оптимального спектрального состава света с учетом биологических особенностей вида и сорта растений.  Четвертая группа занимается теплоэнергетикой и роботизацией и отвечает за работу автоматических систем полигона и экспериментальное использование робототехники.

Теплица площадью 300 квадратных метров, строительство которой начнется в июне, будет состоять из стального каркаса, обшитого со всех сторон двойным слоем прозрачной антикоррозионной пленки. Предполагается, что между слоями пленки будет воздушная подушка промежутком примерно в 15 сантиметров – она поможет обеспечить устойчивость конструкции и поддерживать тепловой баланс в теплице. Уже разработаны и синтезированы опытные образцы керамических люминесцентных преобразователей. Внутри полигон будет состоять из трех секций: примерно 50% площади будут занимать посадки, а в оставшейся части будут находиться исследовательский блок, где будут отрабатываться режимы излучения для роста растений и хозяйственная часть.

На первом этапе исследований в теплице будут выращивать огурцы, салат и зелень. В исследовательском блоке также планируется проводить фундаментальную часть исследований и тестировать роботизированную система и режимы облучения.

«Пока идея такая: разработать некую роботизированную платформу, которая будет заниматься расстановкой горшочков с растениями, с последующим сбором и складированием. Возможно, получится использовать квадрокоптер для реализации процесса опыления, который необходим, например, для выращивания клубники. Сейчас прорабатываем возможные варианты,» – поясняет Дамир Валиев.

По замыслу разработчиков, полигон фактически не будет зависеть от внешних факторов: искусственное освещение обеспечит наилучший для роста режим, в теплице круглый год планируется поддерживать оптимальную температуру. Также на полигоне будет установлена гидропонная система, подразумевающая отсутствие почвы и питание корневой зоны растений с использованием специальных растворов с определенными микроэлементами. Полив будет осуществляться капиллярным методом. Управление системами теплицы будет автоматизированным.

Отмечается, что авторы проекта уверены в его успешной реализации. Как они поясняют, на одной площадке можно будет проводить исследования в нескольких научных областях, и комплекс может стать центром проведения междисциплинарных фундаментальных и прикладных исследований в области агро- и биофотоники, альтернативной энергетики, цифровизации и роботизации сельского хозяйства, оптического материаловедения.

Ученые отмечают, что подобные «умные» теплицы будут востребованы в регионах с экстремальными погодными условиями, например, в Арктике. Это выгодно отличает проект от аналогичных разработок, которые, по словам руководителя проекта, заточены под климатические условия средней полосы Европы.

Проект поддержан грантом из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ.