Guidando attraverso l'Iowa, Hendrik J. Viljoen, illustre professore di ingegneria chimica e biologica presso l'Università del Nebraska, notato che i campi di soia stavano diventando sempre più infestati da erbacce ogni stagione. Il colpevole è un'erbaccia resistente al glifosato chiamata "amaranto di palma, " che sta minacciando i raccolti nel Midwest.

Un pesticida attualmente utilizzato per controllare l'amaranto di palma è "Dicamba, " ma ha effetti devastanti sulle aree adiacenti, danneggiare alberi e altre colture, perché tende ad andare alla deriva quando spruzzato in condizioni di vento.

In qualità di ferma sostenitrice del concetto che il nostro benessere è strettamente legato alla salute delle colture e degli animali all'interno della nostra catena alimentare, Viljoen riporta nella rivista Fisica dei fluidi , che è stato ispirato a creare un modo per individuare le erbe infestanti che elimina qualsiasi rischio di deriva dei pesticidi.

"Una soluzione di pesticidi può essere stabilizzata su un cilindro/rullo orizzontale rotante simile a un mestolo di miele in legno, " ha detto Viljoen. "La sua stabilità dipende dalla velocità con cui ruota l'applicatore. Ma il rullo è solo una parte di un processo più grande, e ci sono alcuni dettagli tecnici riguardanti il ​​rullo che stiamo anche affrontando, vale a dire reintegrare il carico di pesticidi tramite l'assorbimento da un serbatoio al centro del cilindro."

Il modo in cui i pesticidi vengono applicati alle piante fa la differenza. Possono essere spruzzati dalla parte superiore della foglia, rotolato su, o consegnato da un rullo seghettato per graffiarlo e applicare contemporaneamente il pesticida. "Arriveremo a un design ottimale solo se comprendiamo come l'ingrediente attivo del pesticida viene consegnato all'erba, come entra nel floema (il sistema vascolare della pianta che trasporta il principio attivo), e l'efficacia del suo meccanismo di uccisione, "Spiega Viljoen.

Per applicare il pesticida alle erbacce, i rulli possono essere montati su piccoli robot o trattori. "Il nostro attuale obiettivo di ricerca è sviluppare un sistema in cui i campi di immagine di veicoli aerei senza equipaggio e alimentare le immagini a reti neurali addestrate per identificare le erbacce, " ha detto. "Le informazioni sulle specie di erbe infestanti e la loro posizione esatta verranno quindi utilizzate dai robot per individuare e trattare le erbacce".

Una scoperta chiave del gruppo di Viljoen è che il modo migliore per azionare il rullo è ruotarlo in modo che la velocità originale nella parte inferiore del rullo coincida con la direzione in cui si muove il robot. Ora stanno facendo esperimenti per determinare eventuali pregiudizi di assorbimento per l'amaranto di palma, oltre ad esplorare rendendo seghettata parte della superficie del rullo. "L'idea è quella di penetrare fisicamente nell'epidermide per aumentare la quantità di principio attivo che viene consegnato all'erba, " ha detto. "Per ampliare la nostra comprensione, abbiamo sviluppato un modello matematico del trasporto del pesticida nel floema".

Il significato di questo lavoro è che mentre c'è una crescente pressione per produrre cibo a sufficienza per una popolazione in crescita, l'approccio attuale è insostenibile. La tendenza odierna è quella di utilizzare quantità maggiori e sostanze chimiche più potenti per controllare le erbe infestanti e le specie invasive che hanno sviluppato una resistenza ai pesticidi precedentemente efficaci.

"Dobbiamo ridurre al minimo l'impatto delle nostre pratiche sull'ambiente e ridurre l'uso di sostanze chimiche, i loro residui e metaboliti all'interno della nostra catena alimentare e sulla maggiore ecologia, " Viljoen ha detto. "Esistono tecnologie che possono aiutarci a raggiungere questi obiettivi. Le tecnologie di spruzzatura di precisione utilizzano l'intelligenza artificiale per identificare le erbacce e spruzzare solo aree specifiche, Ma possiamo fare di meglio. Dovremmo eliminare il rischio di deriva e ridurre al minimo l'esposizione delle colture e del suolo ai pesticidi".

Lo sviluppo di un drift-free, applicatore specifico per le infestanti aprirà la strada al controllo autonomo delle infestanti con robot intelligenti. "In questa fase, non possiamo immaginare la piena utilità di questi robot, ma ci offrono l'opportunità di sondare i campi e avvisarci di epidemie di malattie, malattie o nematodi, " disse Viljoen. "In futuro, il rullo, con alcune modifiche, potrebbe essere utilizzato anche per fornire piccole molecole di RNA alle piante. Le aziende agricole più piccole che si concentrano su prodotti specializzati saranno probabilmente le prime ad adottare la tecnologia".