Медведка против культиватора: бионические технологии КФУ в области обработки почвы

Изначально земледельческие орудия делались крестьянскими умельцами просто по наитию. Только в начале XX века академик В.П. Горячкин впервые применил законы механики к анализу рабочих органов сельскохозяйственных машин. С середины ХХ века к механике присоединилась биология. Ученые КФУ впервые предложили и уже развивают новое направление в земледельческой механике на основе принципов и методов бионики.

Первые зубчатые почвообрабатывающие рыхлители в КФУ создали после изучения роющих конечностей медведки и жука-носорога. По прототипу лобовой поверхности донной рыбы ската-рогача разработали виброударные плоскорезы для предпосевной обработки почвы. Строение щетинок дождевого червя положено в основу создания новой гибкоударной бороны. Изобретатели не просто копируют то, что создала природа. Тщательно изучается каждый миллиметр расстановки зубцов на ноге медведки, каждый градус изгиба при проникновении дождевого червя в почву, каждое колебание тела дельфина. Затем ученые решают, что можно было бы улучшить – ускорить или усилить. Так появляется, например, борона, у которой помимо роющего эффекта есть еще и ударный.

«При СССР для промышленности сталь не жалели, закладывали большой запас прочности, техника получалась очень громоздкой и тяжелой. А в природе все устроено оптимально, и мы стараемся этому следовать. Сначала мы наблюдаем и анализируем биологические прототипы, а затем конструируем бионически подобные рабочие органы сельскохозяйственных машин. Полученные экспериментальные образцы мы испытываем в нашей лаборатории, где есть почвенный канал и измерительное оборудование», – рассказал заведующий кафедрой механизации и технического сервиса в АПК АБиП КФУ Леонид Бабицкий.

Новизна разработок по бионическому направлению защищена более чем 120 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Одним из основных недостатков традиционного метода вспашки почвы является уничтожение верхнего плодородного слоя, а также переуплотнение земли после многократного прохождения многотонной сельскохозяйственной техники. Наука нашла решение в новом методе обработки почвы – чизельном (безотвальном) рыхлении, которое, кроме того, предотвращает ветровую эрозию почвы, что особенно важно в зонах рискованного земледелия, к которым относится и Крым.

Исследования научной школы на базе кафедры КФУ доказали, что конструкция почвообрабатывающих машин по бионическому подобию позволяет уменьшить развальную борозду и высоту гребней, снизить тяговое сопротивление, улучшить крошение почвы, увеличить ее воздухопроницаемость и влагонакопление за счет образования лунок на поверхности.

При обработке влажной почвы большинство сельскохозяйственной техники сталкивается с проблемой налипания земли, что значительно снижает производительность. Новые разработки ученых КФУ помогают решить эту проблему, используя принцип самоочистки дождевого червя, с особой формой щетинок и гибкостью. Одна из труднорешаемых задач при эксплуатации любой техники – частые поломки. Режущие кромки теряют остроту, металл быстро изнашивается и требует замены. У животных природа позаботилась о самостоятельном поддержании правильной формы и баланса рабочих конечностей.

«У биологического объекта (медведки, дождевого червя и др.) коэффициент адаптационной надежности = 1, у них ничего не ломается. А классическая почвообрабатывающая техника имеет небольшой ресурс активных рабочих элементов. Мы создаем более надежные и функциональные машины, адаптируем их под биологическую экосистему «почва-растение-атмосфера». Коэффициент надежности наших машин достигает 0,9, а это много по сравнению с 0,4 у традиционной техники. Для повышения долговечности машин производится прерывистая наплавка износостойкого металла на режущие поверхности, что обеспечивает эффект самозатачивания», – отметил доцент кафедры механизации и технического сервиса АБиП КФУ Иван Соболевский.

В мае 2018 года президент Российской академии наук Александр Сергееев дал положительную оценку этим разработкам. Изобретениями ученых КФУ заинтересовались и в ЮАР, Сербии, Китае, Германии, Казахстане. Изобретатели получили грант Российского фонда фундаментальных исследований на 500 тыс рублей, а также 8 млн рублей по программе развития КФУ на создание научно-исследовательской лаборатории бионической инженерии. Это позволило приобрести необходимые для продолжения исследований оборудование и приборы: термоизмерительную станцию, приборы для определения влажности и твердости почвы, передвижной агрегат технического обслуживания и ремонта ПАРМ, электронный микроскоп… В настоящее время коллектив научной школы работает над использованием новых бионических принципов воздействия на почву, а также на растения и семена. По прототипу донной рыбы – электрического ската – разрабатываются методы электромеханического, электромагнитного и ультразвукового воздействия на почву, а также на растения и семена, с целью улучшения их качества и повышения продуктивности.

Некоторые разработки ученых КФУ уже успешно применяются в сельском хозяйстве. На полях учебно-научно-технологического комплекса в 2016-2017 годах использовались культиватор-плоскорез и гибко-ударная ротационная борона. Виноградарское хозяйство в Угловом (Бахчисарайский район) использует культиватор с гибкоударной бороной для обработки междурядий виноградников. На симферопольском машиностроительном заводе внедрили технологию упрочнения лезвий почвообрабатывающих машин. При достаточном финансировании инновационную технику, разработанную в КФУ, можно запустить в серийное производство, и она постепенно заменит устаревшее «традиционное» оборудование.

По материалам пресс-службы КФУ