Prvý prototyp, jeho vlastnosti a možné experimentálne využitie
V dnešnej časti sa budeme venovať opisu základnej technológie použitej pri stavbe prvého prototypu a uvedieme aj niektoré možné experimentálne scenáre s ohľadom na ďalší výskum v oblasti hydroponických a aeroponických procesov.
Prvý prototyp vznikol s pomocou študentov Technickej univerzity všetkých stupňov štúdia na pôde botanickej záhrady v Košiciach, ktorá poskytla priestory na umiestnenie tohto zariadenia. Konštrukcia samotného hydroponického systému nie je komplikovaná. Rozdeliť by sme ju mohli do štyroch základných častí (obr. 3).
Spodná nosná časť konštrukcie poskytuje priestor na uloženie nádoby so živným roztokom, elektroniky riadenia osvetlenia, okysličovanie a filter živného roztoku. Mobilitu celého zariadenia zabezpečujú štyri všesmerové kolieska. Druhú časť zariadenia tvorí samotný rozvodový systém živného roztoku, ktorý sa začína nádobou s vodnou pumpou a snímačom výšky hladiny a teploty vodného roztoku. Živný roztok je distribuovaný do hlavných rastových nádob potrubím, pričom prítok je monitorovaný prietokomerom. Roztok prechádza hlavným potrubím (na obr. v strede), kde sú umiestnené koreňové časti rastlín v pestovateľskom košíku naplnenom keramzitom. Odtok vodného roztoku je takisto monitorovaný prietokomerom kvôli identifikácii možných porúch na distribučnom systéme. V okolí rastlín sú umiestnené snímače osvetlenia, vlhkosti a teploty vzduchu. Jeden snímač osvetlenia je osadený v listovej časti a monitoruje množstvo dopadajúceho svetla do priestoru pestovaných rastlín. Druhý snímač osvetlenia sa nachádza mimo systému a meria intenzitu prirodzeného svetla z okolia. Na základe toho možno rozhodnúť, či je potrebné prisvetľovanie alebo nie. Vrchná časť hydroponického systému je tvorená hliníkovou konštrukciou a prekrytá priesvitným dutinkovým polykarbonátom. Táto časť momentálne slúži len na upevnenie špeciálneho LED osvetlenia a kamerového systému. Pre potreby riadenia vnútornej klímy bude tento priestor neskôr plne uzavretý. Osvetlenie predstavuje profesionálne LED svietidlo od značky Phillips a takisto štyri samostatné LED svietidlá navrhnuté a zostavené na mieru pre potreby projektu. Poslednú, najdôležitejšiu časť systému, predstavuje riadiaca jednotka, ktorá je zvýraznená v pravom hornom rohu obrázka. Raspberry Pi, relé a ostatné moduly sú umiestnené v mini PC skrinke.
Tento systém možno rozobrať a znova poskladať za 20 minút. Základné schémy zapojenia, ako aj zdrojové kódy poskytujú autori článku na vyžiadanie. Každá pomoc je vítaná, a to aj v prípade záujmu podieľať sa na experimentoch alebo testovaní zariadenia.
Keďže celý projekt je zameraný hlavne na plnú automatizáciu a odbremenenia používateľa od rôznych nastavení a neustáleho dozerania na systém, sú k dispozícii aj ďalšie nástroje na optimalizáciu spotreby energie, vzdialený monitoring a diagnostiku porúch a adaptačný systém schopný učiť sa od operátora. Získané znalosti sú uložená v cloud databáze a anonymne prístupné ostatným používateľom. Tieto nástroje budú postupne opísané v ďalších častiach.
V tejto časti sa ešte pozrieme na vyjadrenia profesionálov, ale aj amatérov na adresu tohto projektu. Ich myšlienky nám pomáhajú pri úpravách hydroponického systému a pri návrhu možných experimentov.
„Projekt GECK je budúcnosť! Viete si predstaviť nezahlinenú zeleninu vypestovanú bez rastových anomálií, postreku proti burine, prácneho pletia, okopávania, a to všetko s minimálnymi nákladmi a celoročne? Ja a moja rodina áno. Preto sa už veľmi dlho, kedy si budeme môcť vyskúšať GECK na vlastnej koži.“ Martin Mišina, domáci hobby pestovateľ.
„Z môjho pohľadu výskumníka v oblasti verejného zdravotníctva je technológia GECK veľmi sľubnou investíciou. Jednak je ľahko ovládateľná, čo môže byť výhodné hlavne pre marginalizovaných a znevýhodnených ľudí, ako sú napríklad pacienti trpiaci rozličnými chronickými chorobami (ktorých počet rastie úmerne s priemernou dĺžkou života), jednak jej kompaktnosť je v dobe vysokej miery urbanizácie výhodou. Zo psychologického hľadiska sa technológia GECK javí aj ako veľmi výhodná. Záhradkárčenie bez špiny, v priestore vlastného bytu môže mnohým ľuďom poskytnúť ľahký spôsob, ako nezanevrieť na svoj koníček – záhradku a pritom nemusia vlastniť veľkú záhradu. A toto sú len niektoré z možností, z ktorých môžu ťažiť jednotlivci. Firmy a vlády jednotlivých krajín môžu túto technológiu využívať ešte efektívnejšie.“ Pavol Mikula, výskumník v oblasti psychológie
„Lokálna produkcia potravín na objednávku v každom ročnom období je pre nás veľmi zaujímavá. Ceny niektorých potravín sú veľmi závislé od ročného obdobia. Navyše niektoré sú v istých mesiacoch aj nedostupné. Vedeli by sme si predstaviť využitie takéhoto systému v našej sieti reštaurácií.“ Dávid Štincík, majiteľ siete reštaurácií.
„Botanická záhrada a rastlinné zbierky v skleníkoch sú z hľadiska racionalizácie pestovateľského prostredia veľkou výzvou. Práve v týchto pestrých, umelo vytváraných spoločenstvách je uplatnenie bežných pestovateľských postupov zložitejšie, ako sme na to zvyknutí pri monokultúrne pestovaných plodinách. Zvýšené nároky sa kladú na schopnosť rešpektovať odlišné nároky jednotlivých druhov rastlín. Preto možno uplatniť tradičné poznatky riadenej hydroponickej kultúry jedine v prípade jej dokonale zvládnutého riadiaceho systému, ktorý vie požadovanú pestrosť v čase aj priestore zabezpečiť. Rovnako treba zvládnuť reakciu na nepredvídateľné stavy v skleníku, prípadne vedieť v správnom čase zabezpečiť prirodzené sezónne rytmy vegetácie (obdobie dlhého a krátkeho dňa, periódy sucha a tropických dažďov a pod.).“ Ing. Róbert Gregorek, PhD., Botanická záhrada, UPJŠ Košice
Vďaka tejto spätnej väzbe z nekomerčného, komerčného, ale aj vedeckého prostredia bude možné efektívnejšie navrhnúť experimentálnu a testovaciu časť projektu. Takisto vývoj ďalších prototypov musí byť ovplyvnený práve informáciami z reálnej praxe, aby sa plne uspokojili potreby zákazníkov. V ďalšej časti seriálu sa budeme venovať softvérovej architektúre našich hydroponických systémov a postupne opíšeme jednotlivé algoritmy použité v optimalizácii spotreby energie, riadení základných procesov súvisiacich s hydroponickými systémami a podobne.
