Βρισκόμαστε στα Βασιλικά Βουτών, περίπου 7 χιλιόμετρα νοτιοδυτικά του κέντρου του Ηρακλείου, την ώρα που ένα drone πετάει βουΐζοντας πάνω από τον ελαιώνα, που περιβάλλει τις εγκαταστάσεις του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) στην Κρήτη. Το drone, που ψεκάζει τα ελαιόδεντρα με χρωστική χλωροφύλλης, φαίνεται από μακριά.
Ωστόσο, κάποια άλλα αντικείμενα μέσα στον ελαιώνα, με πάχος συγκρίσιμο με αυτό μιας ανθρώπινης τρίχας, δεν είναι τόσο άμεσα ορατά. Παρόλα αυτά, καταγράφουν κάτι πολύ σημαντικό για το περιβάλλον, αλλά και για την εξοικονόμηση πόρων: πόσο μακριά διασπείρονται τα σταγονίδια του ψεκασμού από το drone, το οποίο θα μπορούσε να ψεκάζει με κάποιο φυτοφάρμακο. Πρόκειται για μικροσκοπικούς Αισθητήρες Οπτικών Ινών ((OFSs), που αναπτύχθηκαν από το Εργαστήριο Φωτονικών Υλικών και Διατάξεων (PMDL) του ΙΤΕ και δοκιμάστηκαν πειραματικά στον συγκεκριμένο ελαιώνα, σε συνεργασία με την εταιρεία ψεκασμών με μη επανδρωμένα αεροσκάφη «IONOS UAV», στo πλαίσιo του Ευρωπαϊκού έργου ACTPHAST 4.0.
Στο έδαφος της καλλιέργειας, αλλά και στο φύλλωμα των δέντρων, ανά περίπου τρία έως εννέα μέτρα, τοποθετήθηκαν αισθητήρες σε συνολικά έξι σημεία, οι οποίοι κατόρθωσαν να κάνουν με ακρίβεια τις απαιτούμενες μετρήσεις, έδειξαν υψηλή ευαισθησία σε πολύ μικρά σταγονίδια (έως ~37 μm) και σε χαμηλές πυκνότητες και ανίχνευσαν το διάλυμα σε απόσταση έως και 22 μέτρων από το ψεκαστικό drone.
Η χρήση των αισθητήρων οπτικών ινών στη γεωργία ακριβείας είναι κάτι που μόλις τώρα «γεννιέται», αλλά φαίνεται πως μπορεί να γνωρίσει σημαντική ανάπτυξη στα επόμενα χρόνια, με προοπτική να επιτευχθεί κάποια στιγμή το λεγόμενο «fiber- to- the tree», δηλαδή οπτικές ίνες που φτάνουν μέχρι το κάθε δέντρο μιας καλλιέργειας, όπως επισημαίνει μιλώντας στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο Σταύρος Πισσαδάκης, διευθυντής Ερευνών και ιδρυτής/επικεφαλής του PMDL στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ (ΙΗΔΛ-ΙΤΕ).
Η πρωτοποριακή αυτή τεχνολογία παρουσιάστηκε στο 2ο διεθνές συνέδριο της Ελληνικής Εταιρείας Φωτονικής PHOS, που πραγματοποιήθηκε στις 1- 3 Οκτωβρίου στη Θεσσαλονίκη, στο Κέντρο Διάδοσης Ερευνητικών Αποτελεσμάτων (ΚΕΔΕΑ) του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου (ΑΠΘ). Και παρότι προς το παρόν βρίσκεται στα «σπάργανα», δεν αποκλείεται στο μέλλον οι αισθητήρες αυτοί να μπορούν να καταγράφουν ακόμη και την περιεκτικότητα των μακροθρεπτικών στοιχείων σε ένα δέντρο ή φυτό (πχ. άζωτο, φώσφορο και κάλιο), ανοίγοντας τον δρόμο για πιο ορθολογική χρήση λιπασμάτων.
Τα βασικά συγκριτικά πλεονεκτήματα
Ποιο είναι το βασικό συγκριτικό πλεονέκτημα των οπτικών ινών έναντι των κλασικών ηλεκτρονικών αισθητήρων; Κατά τον κ. Πισσαδάκη, το μεγάλο πλεονέκτημα της οπτικής ίνας είναι το πολύ μικρό μέγεθός της, που συγκρίνεται με αυτό μιας ανθρώπινης τρίχας. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί πολύ εύκολα να εγκατασταθεί στον φλοιό ενός δέντρου, στο έδαφος, στο ριζικό σύστημα, ακόμη και να επικολληθεί πάνω στα φύλλα. Για να μπει ένας αισθητήρας οπτικής ίνας στον φλοιό ενός δέντρου, για παράδειγμα, αρκεί μια πολύ μικρή οπή, αντίστοιχη με αυτή που θα έκανε το τρυπάνι ενός οδοντιάτρου ή η χάραξή του με τον τρόπο που θα γινόταν ένα παραδοσιακό μπόλιασμα. Αντίθετα, για να εγκατασταθούν οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται σήμερα, χρειάζονται συνήθως πολύ μεγαλύτερες παρεμβάσεις.
Το δεύτερο βασικό πλεονέκτημα είναι ότι οι οπτικές ίνες, που είναι φτιαγμένες από γυαλί και κυκλοφορεί το φως μέσα τους, δεν επηρεάζονται από ηλεκτρομαγνητικά πεδία, όπως αυτό που πιθανώς εκπέμπει ένας παρακείμενος πυλώνας υψηλής τάσης της ΔΕΗ, ενώ δεν υπάρχουν καλώδια, ευάλωτα στις καιρικές συνθήκες. Προφυλαγμένος χρειάζεται να είναι μόνο ο σταθμός/εξοπλισμός μέτρησης. Τρίτον, οι οπτικές ίνες έχουν πολυ-αισθητηριακές δυνατότητες, εν ολίγοις μπορούν να μετρήσουν περισσότερες από μια ενδείξεις (πχ, θερμοκρασία και υγρασία ταυτόχρονα) και η εγκατάστασή τους είναι πολύ ευκολότερη. Επιπλέον, οι αισθητήρες μπορεί να είναι χαμηλού κόστους, ώστε να μπορεί να τους «αντέξει» η τσέπη του αγρότη.
«Αν οι αισθητήρες αυτοί πετύχουν ως προσέγγιση, τότε θα μπορούσαν να αποτελέσουν το νέο είδος αισθητήρων για τη γεωργία ακριβείας» εξηγεί ο ερευνητής, σύμφωνα με τον οποίο φέτος υπήρξαν ήδη τα πρώτα ενθαρρυντικά αποτελέσματα από τη χρήση τέτοιων αισθητήρων στο εργαστήριο, για την παρακολούθηση της «σπαργής» (σ.σ.με πολύ απλά λόγια του σταδίου που ένα φυτό αρχίζει σταδιακά να μαραίνεται όταν στερηθεί το νερό, κάτι που είναι εύκολα εμφανές ως υδατικό στρες σε φυτά όπως ο βασιλικός για παράδειγμα, αλλά όχι τόσο γρήγορα ορατό σε δέντρα).
Πόσο κοντά είναι αυτή η τεχνολογία στο χωράφι;
Πόσο κοντά είμαστε στο να μπει αυτή η τεχνολογία στο χωράφι και εμπορικά; «Χρειάζεται αρκετή δουλειά ακόμη στο φωτονικό εργαστήριο, για να βελτιωθούν οι αισθητήρες ως προς τις μετρήσεις, ν’ αυξηθεί η αντοχή τους στο δύσκολο αγροτικό περιβάλλον και να έχουμε καλύτερη ανάλυση σήματος. Χρειάζεται επίσης να δούμε πώς το σήμα που “διαβάζει” ο αισθητήρας θα μπορεί να συνδεθεί με τα γεωπονικά δεδομένα και να βλέπει ο γεωπόνος με μια ματιά τι μετράει. Πχ, σε μια έξυπνη φάρμα οι συμβατικοί αισθητήρες μπορεί να μετρούν ξεχωριστά την υγρασία στον αέρα, στο φύλλωμα και το έδαφος κι αυτές οι διαφορετικές τιμές να συσχετίζονται μέσα από ένα αγρονομικό μοντέλο, ώστε να υπάρχει μια συνολική εικόνα για την καλλιέργεια. Το ίδιο πρέπει να γίνει και με τους αισθητήρες οπτικών ινών, που ίσως έτσι μας δώσουν τη δυνατότητα να μετράνε καινούργιες παραμέτρους, όπως η σπαργή ή η δενδροκομική ανάπτυξη» εξηγεί ο κ.Πισσαδάκης.
Οι ερευνητές της ομάδας, λέει, είναι τόσο ενθουσιασμένοι, όσο και προσεκτικοί με τα αποτελέσματα που πήραν για την παρακολούθηση της σπαργής, καθώς οι αισθητήρες τούς έδωσαν μεν το πρώτο σήμα εντός λίγων λεπτών από την έναρξη του φαινομένου, αλλά απαιτείται περαιτέρω έρευνα και πειραματισμός για πιο ασφαλή συμπεράσματα. Και να σκεφτεί κάποιος ότι η στροφή στη μέτρηση της σπαργής έγινε τυχαία: αρχικά η ομάδα θέλησε να παρακολουθήσει την διαδικασία εμβολιασμού σε ένα δενδρύλλιο και οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι αν και οι μετρήσεις τους δεν ήταν επιτυχημένες στον ευκταίο βαθμό σε αυτό το πεδίο, ωστόσο ήταν εξαιρετικά ενδιαφέρουσες ως προς την αντίδραση του φυτού στο πότισμα, άρα και την παρακολούθηση της σπαργής.
«Πάντα μας βοηθά και η συγκυρία στην έρευνα» λέει ο κ. Πισσαδάκης, προσθέτοντας ότι όλα αυτά τα στοιχεία και οι μετρήσεις πρέπει να κάνουν fusion (σύντηξη) σε ένα μοντέλο, το οποίο μεταξύ άλλων θα ενσωματώνει διαφορετικούς αισθητήρες για το τι βλέπει ο ίδιος ο/η αγρότης, τι βλέπει ο/η γεωπόνος και τι ο/η ερευνητής, με οπτικοποίηση της πληροφορίας. Η ομάδα βρίσκεται τώρα στο στάδιο της αναζήτησης χρηματοδότησης, κυρίως από ευρωπαϊκά ερευνητικά προγράμματα, ώστε να περάσει την τεχνολογία της, που τώρα έχει επίπεδο τεχνολογικής ετοιμότητας (TRL) 5, στο επόμενο στάδιο.
Στην ομάδα, σημαντικοί συντελεστές από πλευράς του ΙΤΕ είναι η Μαρία Κωνσταντάκη (Ειδική Λειτουργική Επιστήμονας-ΕΛΕ Α’ Βαθμίδας), ο προπτυχιακός φοιτητής Εμμανουήλ Ανθουλάκης και ο τεχνικός έρευνας, Βασίλειος Σαρακατσιάνος, από την εταιρία IONOS UAV ο διευθύνων σύμβουλος Στέλιος Χριστοδούλου, η επιστημονική συνεργάτης Αντωνία Μπαγκέρη (Ελληνικό Μεσογειακό Πανεπιστήμιο-ΕΛΜΕΠΑ, Ηράκλειο), και από το Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ) ο προπτυχιακός φοιτητής Γρηγόρης Παπαδόπουλος.
*Τη φωτογραφία παραχώρησε ο κ.Πισσαδάκης
ΑΠΕ-ΜΠΕ/Αλεξάνδρα Γούτα
