Челябинские ученые разработали инновационные СВЧ-технологии для сельского хозяйства

Источник материала: https://up74.ru/articles/obshchestvo/98880/ 

Опубликовано в газете «Южноуральская панорама» от 16 ноября 2017 года. Автор: Евгений Аникиенко Фото: Владлена Шваб  

Библейское пророчество «Мене, текел, фарес» — «Измерено, взвешено, оценено» — сегодня может получить совершенно другой смысл. Большая наука поможет еще «в зерне» оценить качество насущного продукта.
Челябинские ученые-аграрии создали уникальные инновационные технологии предпосевной обработки почвы и семян, а также методы измерения влажности при помощи высокочастотного электромагнитного излучения, до которых не смогли додуматься западные мэтры агронауки. За эти разработки наши инноваторы в 2017 году были удостоены золотых медалей Всероссийской сельхозвыставки «Золотая осень» и областной «Агро».

Что эти высокие технологии могут дать нашему АПК? И почему они заинтересовали даже видавших виды экспертов «Сколково»? Это и стало главной темой нашего разговора с одним из ее авторов, кандидатом технических наук, доцентом ЮУрГАУ Николаем Полевиком.

Европа не догонит!

— Что вас сподвигло на исследования по измерению влажности зерна?

— В одной челябинской фирме, взяв за основу разработку немецкой компании Petkus, сконструировали собственную зерносушилку, запустили ее в производство. Появилась потребность «в потоке» измерить влажность большого объема зерна, напрямую влияющую на его качество. На тот момент такое оборудование еще не сумели придумать ни немцы, ни наши ученые. Мы же отошли от микроволновых измерений: разработали новый, интегральный метод, испытали его в университетской лаборатории... В германской компании очень заинтересовались нашей разработкой. Для дальнейшей работы нужно изготовить производственный образец. Но мы не хотим продавать инновационную технологию за рубеж, чтобы потом за большие деньги покупать у немцев. Я верю: она может очень пригодиться и нашим аграриям.

— Но запуск ее в производство стоит недешево. Где взять деньги? 

— Наше изобретение не имеет аналогов в мире, сейчас на него оформляется патент. Мы подыскиваем инвесторов, представили интегральную технологию на всероссийских агрофорумах. Недавно в ЮУрГАУ побывали эксперты «Сколково», ознакомились с нашей разработкой и высоко оценили ее, а для внедрения посоветовали обратиться в Фонд Бортника. Шансы на получение грантов есть, и мы подали заявки на участие в конкурсах Российского фонда фундаментальных исследований.

Интегральный расчет

— И все-таки чем это изобретение отличается от традиционных измерительных устройств?

— Обычно замеры влажности зерна делают выборочным забором проб, например, из кузова машины или емкости-силоса элеватора. Из-за того что оценивается малый объем зерна, такие измерения не дают полной картины оценки качества, что чревато снижением кондиционности заложенных на хранение семян.

Мы пошли по другому пути. Известно, что скорость распространения и длина электромагнитной волны меняются в зависимости от влажности среды, например, зерна. Поэтому о ней, рассчитав этот процесс по математической формуле, можно судить по отраженному сигналу. Мы, используя модель электрических свойств материалов Нельсона — Крашевски, вычислили частотную зависимость коэффициента отражения и распространения волны. И разработали интегральный высокочастотный метод измерения влажности сельхозпродукции.

— А если зерно не в емкости, а загружается, находится в потоке?

— Нашим методом можно измерить и влажность потока зерна, текущего в трубе, например, в сушилке. Добавлю, что за рубежом уже начинают применять так называемую радарную технологию измерения влажности зерна, но она дает лишь приблизительные данные. А наш метод интегральный, принципиально отличается от других способов, поскольку измерения ведутся не только там, где стоят «антенны», а по всему объему зернопровода. В работе участвует весь объем зерна, что повышает достоверность измерений. Причем мы исследуем его свойства, используя не высокую, а безопасную — низкую частоту электромагнитного излучения.

Транспортерный влагомер

— Это не единственное ваше «облучательное» изобретение?

— Своего рода прообразом этой технологии можно назвать интегральный метод измерения влажности тонких слоев сельхозсырья, который мы разработали с аспирантом Сергеем Панферовым. Он получил высокую оценку жюри на прошедшем летом этого года в Нижнем Новгороде финале Всероссийского конкурса «Наука будущего — наука молодых». За техническое решение Сергею присуждено второе место в «поединке мозгов» молодых инноваторов России.

— А в чем его инновационность?

— Дело в том, что в нашем вузе сконструировали и изготовили необычную сушилку, в которой сельхозсырье сушат не традиционным, а инфракрасным способом, при помощи инновационной технологии ПЛЭН. Но проблема в том, что высушиваемый материал распределен на транспортере слоем малой толщины и измерить его влажность очень непросто. Мы разработали метод, который по изменению характеристик отраженного электромагнитного сигнала определяет влажность. 

— Но, кроме сушки сельхозпродукции, где еще можно будет применить ваш «интегральный анализатор»?

— К примеру, в нефтехимической, автомобильной промышленности — для определения содержания воды в сырой нефти, для измерения октанового числа бензина, качества трансформаторного масла...  

Уйти от «химии»!

— Можно ли электромагнитный сигнал поставить на службу экологии, для стимулирования роста растений?

— Мы исследуем его возможности для применения в органическом земледелии, где не применяются небезопасные для здоровья пестициды и гербициды. Мы придумали, как уйти от «химии», одновременно повысив урожайный ресурс почв. Этому служит наша совместная разработка с НИИ по измерительной технике — мобильная полевая СВЧ-установка для обработки почвы «Импульс-1», производительностью 2,5 га в час, которая ставится на лапы культиватора. «Антенны» излучают электромагнитные волны, повышающие микробиологическую активность почвы и стимулирующие всхожесть сорняков. Без всякой «химии» повышается всхожесть сорной растительности, которая затем легко удаляется с помощью агротехнических приемов!

— А как с помощью СВЧ-волн возродить плодородие земель?

— Мы подобрали «природоподобный» сигнал, повышающий микробиологическую активность почвы, ее плодородие. В ней повышается содержание полезных элементов: азота, фосфора... Микроорганизмы забирают азот прямо из воздуха. Как показали опыты на яровой пшенице, урожайность повышается до 40 %, а содержание гумуса в почве — до 15 %.

Но деньги кончились, и в массовое производство установка не пошла. Почему бы не вспомнить о ней, ведь сегодня экологические проблемы особенно актуальны? Мы готовы провести модернизацию, вместо аэропортовского локатора-излучателя поставить современный генератор на твердотельной элементной базе. Дело, как говорится, за малым — за инвестициями в науку...

Семена «в потоке»

— Сегодня серьезная проблема — повышение качества семян...

— Мы разработали установку «Импульс-2» для предпосевной обработки семян «в потоке». А другое наше ноу-хау, созданное совместно с учеными ЮУНИИСК, — «Импульс 3У» позволяет за счет пространственной модуляции излучения — поочередного включения расположенных по кругу СВЧ-генераторов повышать посевные качества семян и целый ряд полезных свойств растений. Как показали испытания, такая обработка повышает урожайность картофеля до 20 %! Первая партия устройств разошлась по всей России и ближнему зарубежью, но затем дело встало из-за нехватки средств.

— Какие еще выгоды у ваших инноваций? И есть ли надежда на выход в серию?

— Спектр применения «волновой обработки» очень широк. К примеру, мы создавали очередной «Импульс» для пасечников. Они обратились со своей проблемой: мед со временем кристаллизуется, и его нужно растопить, а при нагревании выше 40 градусов образуются вредные для здоровья вещества. Мы нашли выход: при облучении микроволнами нагрева почти не происходит, и мед послойно стекает в поддон. И никаких токсичных веществ!

Электромагнитная обработка также повышает иммунитет растений, защищает их от вредителей и даже, как показали эксперименты, снижает содержание стронция, других радионуклидов! И не только для семян картофеля, но и других сельхозкультур. Причем наш метод хорошо интегрируется с влагосберегающей беспропашной технологией «ноу-тилл», которую сейчас внедряют на юге Челябинской области. Чтобы поля не заросли сорняками, для «нулевки» нужно закупать дорогостоящие и небезопасные гербициды, а СВЧ-облучение позволяет уйти от них, добиться немалой экономии. А главное, возродить плодородие почвы!

Хочется верить, что наши разработки все же выйдут на производственную стадию. Вопросы экологии сегодня в приоритете, и надеюсь, что к агронауке повернутся лицом и инвесторы, и государство.