ХАРАКТЕРИСТИКА НАПРАВЛЕНИЯ

Согласно прогнозу научно-технологического развития России до 2030 года, обещающего развитие урбанизированного растениеводства, Доктрине Продовольственной Безопасности, а также учитывая современные показатели энергоемкости производства сельхозпродукции и богатое разнообразие климатических зон России, возникает необходимость создания современных цифровых средств выращивания растений, не зависящих от места их эксплуатации и использующие принципиально новые научные принципы и подходы, обеспечивающие низкую энергоемкость и более высокую продуктивность. Для этого планируются работы по созданию искусственных экосистем контейнерного типа для выращивания сельскохозяйственных культур на основе принципов интеллектуального программируемого урожая. Потребителями такой продукции могут стать: Селекционные семеноводческие хозяйства, ВУЗы, Урбанизированные сельхозпотребители, Автономные потребители – не имеющие условий для с/х производства.

К особенностям таких искусственных экосистем можно отнести:

- Интеллектуальная система гидромелиорации

- Роботизированные технологии управления ростом

- Биологическая безопасность зоны выращивания

- Возможность использования для широкого спектра сельскохозяйственных культур

- Высокая энергоэффективность

- Автономная работа

- Мобильность

- Использование IoT-технологий

В связи с этим целью научного направления является:

 - Получение результатов фундаментальных и прикладных исследований для разработки интеллектуальных роботизированных средств обеспечения роста растений в искусственных экосистемах для повышения продуктивности растениеводства.

- Разработать методику и технические решения для управления интеллектуальными технологиями в цифровом сельском хозяйстве.

- Разработать цифровые технологии производства продукции растениеводства в искусственных экосистемах на основе научной теории продуктивности, в том числе в городских условиях.

Кроме того, подход основанный на полученной зависимости продуктивности естественных фитоценозов и агрофитоценозов от экологических условий, а также теории ограничения их действия на фотосинтезные процессы может быть применен при решении большого количества научных и производственных задач и решения такой проблемы как повышение урожайности.

Задачи:

- Получить предпосылки дальнейшего развития гипотезы о биоэнергетической природе теории продуктивности.

- Показать, что потребность растений в воде определяется в большей мере агроклиматическими факторами, в особенности факторами, имеющими энергетическую природу - приходом энергии излучения и температурой.

- Получить результаты фундаментальных исследований, подтверждающие две научные гипотезы, касающиеся процесса формировании урожая, в основе которых лежит процесс транспирации – важной биоэнергетической функции плодородия.

- Рассмотреть основные принципы самоорганизации термодинамических систем, а также методы экспериментальных исследований принципа подчинения параметру порядка, при котором переменная управления системы подчинены параметру порядка.

- Определить связь параметра порядка – тепловой эксэргии солнечного излучения (СИ) и переменной управления – транспирации.

- Получить подтверждение научной гипотезы о степени влияния лимитирующих климатических факторов на теоретический предел продуктивности растений и одновременно плодородия земельного угодья, и фрактальной размерности процесса транспирации как индикатора продукционных процессов в растениеводстве.

- Создать научные основы управления продукционными процессами для интеллектуальных технологий в искусственных экосистемах.

- Провести исследования зависимости физико-биологических характеристик растений от факторов окружающей среды с использованием цифровых технологий.

- Провести исследования влияния биоэнергетических аспектов на повышение продуктивности растениеводства в искусственных экосистемах.

- Разработка роботизированной системы гидромелиорирования для искусственных экосистем.

РЕАЛИЗУЕМЫЕ ПРОЕКТЫ

- Систематизированы ранее известные подходы использования теорий и открытий в практике влагообеспеченности растения для разработки интеллектуального электропривода и системы управления роботизированных средств гидромелиорирования растений в искусственных экосистемах - теоретические предпосылки.

- Определены теоретические предпосылки для разработки интеллектуального электропривода и системы управления роботизированных средств гидромелиорирования растений в искусственных экосистемах.

- Выявлены закономерностей влияния внешних факторов на влагообеспеченность для разработки алгоритмов управления роботизированными средствами гидромелиорирования растений в искусственных экосистемах.

- Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для электропривода с интеллектуальной системой управления роботизированных средств гидромелиорирования растений в искусственных экосистемах.

- Ведутся работы по созданию серии микродатчиков для отслеживания параметров растения и обеспечения обратной связи для целей управления продуктивностью.

- Ведутся работы по разработке ТЗ на роботизированные средства гидромелиорирования растений в искусственных экосистемах, электропривод с интеллектуальной системой управления для роботизированных средств гидромелиорирования растений в искусственных экосистемах.   Изготовлен и находится на испытаниях макетный образец роботизированного средства гидромелиорирования растений «ГидроБот 1.0» в искусственных экосистемах.

- Ведется разработка цифровой системы управления элементами искусственной экосистемы на основе принципов IoT (интернет вещей).

В ближайшие годы планируется реализовать следующие проекты:

- 2019 год. Создать научные основы управления продукционными процессами для интеллектуальных технологий цифрового сельского хозяйства в искусственных экосистемах, в том числе для городского сельского хозяйства.

- 2020 год. Создать искусственные экосистемы для производства продукции растениеводства в условиях городского сельского хозяйства с применением цифровых технологий и научной теории продуктивности.

КЛЮЧЕВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Измайлов А.Ю., Гришин А.П., Гришин А.А. Арктические адаптивные искусственные экосистемы – основа жизнеобеспечения человека // Materials of the XI International scientific and practical conference, «Science without borders», - 2015. (30 January - 07 February 2015, Sheffield UK Volume 19. Biological sciences. Geography and geology. Sheffield. Science and education LTD p.47-52 .

2. Гришин А. П., Гришин А. А., Гришин В. А., Годжаев З. А. Применение аппарата нечеткой логики в задачах автоматизации технологических процессов сельского хозяйства // "Мехатроника, Автома-тизация, Управление". – 2018. – №1, Том 19. – С.40-46   (DOI: 10.17587/mau.19.40-46   ISSN 1684-6427)

3. Измайлов А.Ю., Гришин А.А., Гришин А.П., Гришин В.А. Интеллектуальные системы управления продуктивностью растений в арктических искусственных экосистемах // Интеллектуальные машинные технологии и техника для реализации государственной программы развития сельского хозяйства // Сборник научных докладов Международной научно-технической конференции (15-16 сентября 2015 г., Москва). Часть 2. – М.: ФГБНУ ВИМ, 2015, с. 202-207.

4. Мудрик В.А., Свентицкий И.И., Гришин А.П. Синергетическая модель и система многосвязного управления микроклиматом теплиц // Сборник докладов Всероссийской конференции (с международным участием) «Математические модели и информационные технологии в сельскохозяйственной биологии: итоги и перспективы» (14–15 октября 2010 г., Санкт-Петербург). – С-Пб.: ГНУ АФИ, 2010.

5. Шогенов Ю.Х., Гришин А.П., Тараканов И.Г., Юферев Л.Ю., Гришин А.А. Использование светодиодных облучателей при выращивании растений в вегетационных климатических камерах нового поколения // Труды 8-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозястве». Часть 3. М.: ВИЭСХ, 2012,           с. 185-192.

6. Измайлов А.Ю., Гришин А.П., Гришин А.А. Аэропонный модуль для фитотронов // Сельскохозяйственные машины и технологии, № 5, 2013, с. 20-22