Przenośne urządzenie do analizy gleby opracowali naukowcy z Politechniki Krakowskiej. AgroSysIT to laboratorium w wersji mini – szybko oznacza pH, składniki odżywcze i wybrane zanieczyszczenia gleby. Rozwiązanie wygrało krajowy etap konkursu o Nagrodę Jamesa Dysona.
Innowatorzy z Politechniki Krakowskiej przy tworzeniu nowego urządzenia zainspirowali się dwoma zagrożeniami: degradacją gleby wynikającą z nadmiernego i niewłaściwie dobranego nawożenia oraz rosnącym ryzykiem kryzysu żywnościowego wywołanego zmianami klimatu.
Rolnicy potrzebują szybkich i wiarygodnych danych, aby ograniczać nawożenie bez obniżania plonów. Chcieliśmy stworzyć łatwo dostępne narzędzie wspierające precyzyjne decyzje, ochronę gleby i wód oraz bezpieczeństwo żywnościowe – mówi dr inż. Łukasz Janus z Wydziału Inżynierii i Technologii Chemicznej PK.
AgroSysIT wypełnia lukę pomiędzy prostymi testami terenowymi a kosztownymi urządzeniami laboratoryjnymi. Większość testów polowych opiera się na wzrokowym porównaniu barwy i daje jedynie przybliżone wyniki, natomiast przenośne urządzenia NIR pośrednio szacują właściwości gleby i wymagają złożonej kalibracji.
Nasz system wykonuje bezpośrednie pomiary chemiczne z wykorzystaniem absorbancji i fluorescencji w jednym kompaktowym urządzeniu – podkreśla dr inż. Julia Radwan-Pragłowska, współautorka wynalazku.
Jak to działa? Najpierw trzeba zmieszać próbkę gleby z odczynnikiem, umieścić ciecz w centralnej kuwecie i uruchomić test. Wokół kuwety rozmieszczono diody LED i detektory tworzące wiele ścieżek optycznych. Każda dioda emituje światło o długości fali dobranej do konkretnej reakcji chemicznej. Urządzenie mierzy ilość światła przechodzącego przez próbkę, aby wyznaczyć absorbancję, lub rejestruje fluorescencję pod kątem 90° dla substancji obecnych w niższych stężeniach. Obrót kuwety o 45° umożliwia wykorzystanie dodatkowych torów pomiarowych bez stosowania złożonych elementów optycznych. Układ elektroniczny aktywuje właściwą diodę i detektor, ogranicza zakłócenia i przelicza sygnał z użyciem krzywych kalibracyjnych. Wyniki pomiaru trafiają do aplikacji, są przypisywane do miejsca pobrania próbki i przedstawiane jako dane o pH, składnikach odżywczych oraz wybranych zanieczyszczeniach gleby.
Tak szybko pozyskane informacje o stanie gleby pozwalają rolnikowi łatwo dobrać właściwy rodzaj i ilość nawozu, co ogranicza koszty nawożenia i chroni środowisko przed nadmiernym obciążeniem gleb i wód.
Zespół z PK zaczął prace nad rozwiązaniem od określenia kluczowych wymagań: mobilności, niskiego kosztu, powtarzalnej geometrii optycznej oraz możliwości pomiaru absorbancji i fluorescencji w jednym urządzeniu. Obudowę, centralny uchwyt kuwety i radialne kanały optyczne zaprojektowano w programach CAD. Kilka wariantów oceniono cyfrowo, a następnie elementy wykonano metodą druku 3D FDM. Urządzenie testowano z użyciem modelowych roztworów barwnych i fluorescencyjnych, porównując wyniki z klasycznym spektrofotometrem UV-Vis i laboratoryjnym spektrofluorymetrem. Na tej podstawie poprawiono pozycjonowanie kuwety, ograniczono wpływ światła zewnętrznego i dopracowano układy emiter–detektor. Opracowano aplikację sterującą płytką Arduino oraz drugą aplikację w Pythonie z biblioteką Tkinter, która przelicza sygnał na stężenie lub pH z wykorzystaniem krzywych kalibracyjnych.
Stworzyliśmy też aplikację, która pomaga dobrać typ i ilość nawozu do konkretnego pola. Wystarczy wpisać jego powierzchnię w hektarach i na podstawie danych z analizy próbki gleby aplikacja obliczy ile nawozu potrzeba, a może nawet podpowiedzieć, jaki rodzaj produktu kupić – wymienia zalety urządzenia Julia Radwan-Pragłowska.
System można także rozwijać w kierunku rozwiązań podwójnego zastosowania, np. do wykorzystania przez wojsko dla badań zanieczyszczenia gleb.
Naszym celem jest wprowadzenie AgroSysIT na rynek jako przystępnego cenowo, łatwego w użyciu narzędzia wspierającego rolnictwo precyzyjne. Wierzymy, że dzięki temu możemy pomóc rolnikom zwiększać opłacalność produkcji, a jednocześnie ograniczać negatywny wpływ nawożenia na środowisko – zauważa Aleksandra Sierakowska-Byczek ze Szkoły Doktorskiej PK.
Za AgroSysIT jego twórcy otrzymali główną nagrodę w krajowym etapie konkursu o Nagrodę Jamesa Dysona. Teraz będą rywalizować w międzynarodowym gronie. Zwycięzcy mogą liczyć na 30 tys. funtów brytyjskich.
Projekt z Politechniki Krakowskiej jest realizowany w ramach programu LIDER XIII i finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.
MK, źródło: PK
Jak to się ma do oznaczeń wykonywanych metodami absorpcyjnymi? I najważniejsze: jak to się ma do działalności Okręgowych Stacji Chemiczno-Rolniczych i zakresu akredytacji w kontekście dofinansowań?