Вскипятить и уничтожить!

Учёные Юго-Западного государственного университета получили патент на изобретение для уничтожения борщевика Сосновского. Роботизированный комплекс работает по принципу бытовой СВЧ-печи. Он разогревает воду, содержащуюся в опасном сорняке настолько, что не оставляет тому шансов на жизнь. Рассказываем, как микроволны воздействуют на борщевик и почему разработка регионального центра нанотехнологий ЮЗГУ может быть одной из самых безопасных в данной области.

Как корм превратился в сорняк

Борщевик Сосновского завезли в Россию в послевоенные годы, когда стал вопрос о восстановлении разрушенного сельскохозяйственного сектора. По поручению генерального секретаря ЦК КПСС Никиты Хрущева агрономы начали искать культуры, которые быстро росли и были пригодны для корма скоту. И нашли. Правда, характерный запах борщевика сказывался на молоке и мясе коров, а работа с растением стала вызывать ожоги на коже.

– Распространение борщевика Сосновского на сегодня фактически приобретает характер экологической катастрофы, – объясняет директор регионального центра нанотехнологий ЮЗГУ Максим Пугачевский. – Он способен причинить большой вред человеку, вплоть до летального исхода. В растении содержатся особые химические вещества – кумарины, которые повышают чувствительность кожи к ультрафиолету. При облучении солнечным светом, ультрафиолетовые лучи активно поглощаются, что ведет к сильным химическим ожогам.

Впрочем, опасны не только ожоги. Растение способно вызывать асфиксию (удушье. – Прим. ред.) у тех, кто обладает повышенной аллергической чувствительностью к веществам, содержащимся в сорняке.

– Борщевик – очень неприхотливое растение. Оно способно выживать в засухе, морозоустойчивое. Также он выделяет вещества, которые подавляют рост других растений, традиционных для той или иной местности, – добавляет учёный, – с ним необходимо бороться всем миром.

Сейчас в России в ходу два способа борьбы с борщевиком: вспахивание земель и обработка гербицидами. И оба имеют свои минусы. Трактор, например, не может заехать в труднодоступные места, а если пропустить хоть один саженец, то к следующему году на поле появятся новые всходы.

Гербициды, хоть и эффективны в подавлении роста и гибели сорняков, проникают в почву, делая её непригодной для сельского хозяйства на протяжении нескольких лет. А ещё гербицидами нельзя обрабатывать возле полей, садов и огородов из-за вреда для человека.

– Ректор ЮЗГУ Сергей Емельянов обратил внимание, что проблема борщевика вскоре затронет и Курскую область. Нам была поставлена задача найти средства борьбы с ним, – рассказывает Пугачевский. – Собравшись в наноцентре, мы придумали эффективный и оригинальный метод борьбы с борщевиком Сосновского при помощи роботизированного комплекса на механизированном шасси с магнетронной установкой. В работе над изобретением участвовали доктора и кандидаты наук, аспиранты, студенты ЮЗГУ.

Микроволновка на колёсах

Работа над проектом началась с оценки его плюсов и минусов. Затем – мониторинг научной литературы на наличие подобного решения для борьбы с борщевиком Сосновского.

– Аналогичных способов сейчас нет, – уверенно говорит разработчик. – Поэтому мы вместе с ректором подготовили проект, и подали его на патент. Затем началась сборка устройства, которая заняла около полугода.

Принцип действия устройства достаточно прост. Мы сталкиваемся с ним на любой кухне, где есть бытовая микроволновая печь. В настоящий момент наш робот функционирует на той же частоте, что и микроволновки – 2,45 гигагерц. В этом диапазоне эффективно разогреваются молекулы воды. Говоря на языке физики, они имеют дипольные ориентации, которые при электро- магнитном СВЧ-облучении быстро поворачиваются относительно друг друга. За счёт этих колебаний энергия СВЧ поля трансформируется в тепловую энергию воды, приводя сначала к её нагреву, а затем и быстрому вскипанию.

– Известно, что все растения состоят из растительных клеток, которые могут содержать до 70-90% воды, – объясняет Пугачевский. – Воздействие на растения с помощью СВЧ-излучений будет вызывать быстрый нагрев и испарение воды в них, а повышенное давление водяного пара приведёт к тому, что растительные клетки разрушатся и растение погибнет.

Перед началом сборки аппарата учёные ЮЗГУ провели лабораторные исследования. На специальном стенде были высажены растения, в том числе и борщевик Сосновского, а после началось их облучение при помощи стационарного магнетрона. Эксперименты показали, что такое воздействие губительно для растений.

– После этого мы установили магнетронную установку вместе с блоком питания и блоком управления на механизированное шасси, оснастили его генератором на бензине и поехали проводить полевые испытания. Установка получилась массивной, весит около двухсот килограммов, на гусеничном ходу может пробраться в любые труднодоступные заросли, – рассказывает учёный. – С полностью заправленным баком устройство может работать целые сутки. Если бензин закончится, заряда аккумуляторов хватит на то, чтобы вернуться в точку начала работы.

Управлять таким устройством несложно: у оператора есть специальный пульт, который похож на тот, который необходим для управления дроном. Однако дело в том, что человеку опасно находится рядом с действующим СВЧ-излучением, к тому же – уничтожение сорняка дело не быстрое.

– Излучение установки направленное, идёт напрямую в землю, а она – хороший поглотитель. Мы предусмотрели экранирование со всех сторон, достаточно находится на расстоянии 2-3 метров, чтобы не испытывать большого вреда. Кроме этого, у самой установки есть области тени, комплекс своей массой защищает оператора, если он находится позади, – отмечает Максим Пугачевский.

Сейчас учёные работают над тем, чтобы автоматизировать свою разработку. Например, оснастить системой «умного зрения», которая используется и в современных автомобилях, и в беспилотниках. Это необходимо, чтобы установка могла самостоятельно двигаться, распознавать кусты борщевика, обрабатывать его мощным СВЧ-излучением, а после двигаться к следующему.

– При этом мы может запрограммировать устройство так, что при приближении человека или животного СВЧ-излучение автоматически выключится, – добавляет учёный.

Заинтересованность есть

После получения патента команда регионального центра нанотехнологий ЮЗГУ широко заявила о своей разработке. И ей уже заинтересовались сельхозпроизводители.

– Мы сразу говорим о том, что наш комплекс ещё находится на этапе полевых испытаний, а также отмечаем, что не можем обрабатывать большие площади, там будет более эффективна вспашка трактором. Но для садово-огородных участков, вблизи жилья, где борщевик представляет особую опасность, его уничтожение – посильная задача, – продолжает Максим Пугачевский.

Увидеть изобретение учёных ЮЗГУ воочию смогут все желающие, он станет экспонатом в рамках Курской Коренской ярмарки.

СДЕЛАНО!

Фото: телеграм-канал Алексея Смирнова

– Сейчас Юго-Западный государственный университет – это более 150 направлений подготовки и специальностей высшего и среднего профессионального образования, несколько десятков программ дополнительного образования, – отметил врио губернатора Курской области Алексей Смирнов. – За последние 6 лет расходы федерального бюджета на поддержку исследований и разработок выросли на 68%. Это позволило создать новые инструменты финансирования передовых научных коллективов и талантливых молодых учёных.

Ирина СИДОРЕНКО
Фото из архива Юго-западного государственного университета