Lucha contra las malas hierbas resistentes con un láser de diodo


Los científicos han logrado un progreso significativo en la investigación del control de malezas sin pesticidas


Así lo informan los expertos Canisius Mwitta, Glen S. Raines y Eric Prostko de la Universidad de Georgia, EE. UU., en un artículo publicado en la revista Agronomy 2022 en el portal MDPI.

“El control de malezas en los campos agrícolas es una tarea importante pero muy difícil. Las malas hierbas causan enormes daños económicos al complejo agroindustrial, reduciendo el rendimiento de las plantas cultivadas, lo que las convierte en una grave amenaza para la seguridad alimentaria, escriben los autores. – Los herbicidas químicos son el método más popular para el control de malezas, pero existe una creciente preocupación por la aparición de poblaciones resistentes, y existen problemas ambientales y de salud asociados con el uso excesivo de pesticidas. Por otro lado, el cultivo mecánico y el deshierbe manual requieren mucha mano de obra y pueden aumentar la erosión del suelo. Todas estas razones requieren el estudio de métodos alternativos de control de malezas.

Los avances en tecnología como la robótica, la inteligencia artificial, el desarrollo de procesadores portátiles más rápidos, algoritmos y equipos avanzados de visión por computadora, tecnología de aprendizaje profundo y otros, han brindado una amplia oportunidad para explorar métodos de deshierbe inteligentes y precisos.

La industria de herramientas agrícolas de precisión está creciendo rápidamente, se están introduciendo varios servicios: geoposicionamiento desde sistemas satelitales, monitores de rendimiento y software de mapeo, sistemas de información geográfica (GIS), guía automática.

La introducción de la tecnología de aprendizaje profundo y el procesamiento de imágenes en la agricultura ha hecho posible la detección de malas hierbas en tiempo real. La eliminación precisa de malas hierbas se puede lograr con una plataforma robótica apuntando a las malas hierbas individuales detectadas por estos modelos de aprendizaje profundo.

Los láseres se han convertido en una de las soluciones para el deshierbe de precisión. Utilizando rayos láser de CO 2 estrechos (potencia de salida de 4 W, 10 W y 20 W), los investigadores pudieron cortar los tallos de las malas hierbas. Las pruebas con láser de diodo han demostrado que un rayo láser de diodo eleva la temperatura del agua en las células vegetales y retarda o detiene su crecimiento sin necesidad de cortar completamente el tallo. Además, utilizando un láser de diodo de 25 vatios, los científicos demostraron el potencial de un láser de baja energía para controlar las malas hierbas en varias etapas de crecimiento.

El control de malezas con láser es una tecnología relativamente nueva y actualmente no hay muchos sistemas de este tipo en el mercado. Sin embargo, recientemente se han implementado varias soluciones que combinan equipos láser, detección de malezas y robótica.

robot desmalezadora láser

Foto proporcionada por los autores del artículo.

Los rayos láser angostos dirigidos son capaces de eliminar no solo las malas hierbas entre hileras, sino también las malas hierbas dentro de las hileras cuando se detectan, localizan y guían con láser correctamente mediante un software. Es importante destacar que esta práctica minimiza el impacto en la salud del suelo y los organismos no objetivo.

El objetivo principal de este estudio fue investigar la efectividad de los láseres de diodo de baja potencia en el control de malezas.

láseres de diodo
En la figura 1, proporcionada por los autores del artículo, se ven láseres de diodo. (A) láser de diodo con carcasa de disipador de calor que incluye ventilador, (B) láser de diodo sin ventilador de refrigeración y (C) láser de diodo abierto.

Los láseres de diodo emiten un haz al pasar corriente a través de un semiconductor. La ventaja es que son pequeños, ampliamente disponibles, económicos y requieren bajo voltaje y corriente. Su singularidad en tamaño, peso, costo, combinado con alta eficiencia y confiabilidad, los hace fáciles de integrar en los sistemas, a diferencia de otros tipos de láseres disponibles en el mercado, como los láseres de fibra y CO 2 .

Los láseres de CO 2 son relativamente voluminosos y requieren más voltaje, corriente y un sistema de refrigeración independiente para funcionar en exteriores, mientras que los láseres de fibra son los más potentes y caros de las tres opciones.

Además, desde el punto de vista de la seguridad contra incendios, el rayo láser se convierte en energía térmica cuando golpea la superficie. Los láseres de alta energía tienen el potencial de encender materiales y causar daño térmico al manipulador humano.

El uso de láseres de diodo de bajo rendimiento es menos peligroso para el funcionamiento que los láseres de fibra y de CO2 de alta potencia y más sofisticados; sin embargo, aún pueden causar daño a los ojos cuando se exponen, por lo que se debe tener el cuidado adecuado y se deben usar anteojos de seguridad.

Se recolectaron semillas de dos especies de malas hierbas, amaranto de Palmer ( Amaranthus palmeri ) y campanilla de hoja pequeña ( Jaquemontia tamnifolia ), de los campos de investigación de la Universidad de Georgia y se trataron con láser aproximadamente 3 semanas después de la emergencia.

Se llevaron a cabo tres experimentos. En el primer experimento, se trataron dos tipos de malas hierbas con cuatro láseres de diferente potencia para determinar el tiempo necesario para separar el tallo de la mala hierba.

El segundo experimento incluyó el seguimiento del estado de dos tipos de malas hierbas durante una semana después de su tratamiento con dos láseres a un tiempo de exposición constante de 1 s, 2 s y 3 s.

El tercer experimento fue una repetición del segundo con mayor potencia láser y menor tiempo de procesamiento.

Los resultados mostraron que los láseres de diodo son un medio eficaz para el control de malezas.

El diámetro del tallo de la maleza, la potencia del láser, la duración del tratamiento y la distancia entre el láser y la maleza fueron estadísticamente significativos en términos de muerte de malezas, mientras que las especies de malezas no fueron significativas.

Además, se encontró que el control de malezas es posible mediante la irradiación de tallos de dos tipos de malezas con un diámetro de 0,8 a 2,65 mm con un rayo láser sin la separación obligatoria del tallo, con una eficiencia de muerte posterior del 80 % a un tiempo de tratamiento de 0,5 s y una eficiencia del 100% al utilizar un láser de 6,1 W durante 1,5 segundos.

Las distancias entre el láser y la maleza fueron estadísticamente significativas para la mortalidad de malezas, y las especies de malezas no fueron significativas. Así, se ha demostrado que no es necesario cortar completamente el tallo de la maleza para que la planta muera”.



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