Robot do uszlachetniania nasion dębów złotym medalistą na wystawie innowacji

Od ponad roku mój zespół naukowy na AGH, wraz z badaczami z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie oraz z Przemysłowego Instytutu Maszyn Rolniczych w Poznaniu, przy współpracy firm PROMAR w Poznaniu i OPTISTER w Krakowie - buduje automat, który spowoduje zwiększenie liczby sadzonek dębów, a więc docelowo doprowadzi do pojawienia się w naszych lasach większej liczby tych pięknych, długowiecznych, ale też bardzo wymagających drzew.

Nasz automat nie jest tak urodziwy jak ten robot na obrazku u góry, a mimo to otrzymał złoty medal na XI Warszawskiej Wystawie Innowacji IWIS 2017. Wystawa ta zgromadziła około 400 rozwiązań innowacyjnych z 30 krajów - ale to właśnie nasz automat zdobył złoto!

Oto fragment oficjalnego dokumentu w tej sprawie:

a także dyplom informujący o przyznaniu medalu:

Za co ten automat został nagrodzony?

Za innowacyjne podejście do problemu uszlachetniania materiału siewnego w kontenerowych szkółkach produkujących sadzonki dębów.

O tym automacie pisałem już w popularnonaukowym felietonie na łamach Gazety Krakowskiej zatytułowanym "Czy automatyka może pomóc w sadzeniu dębów?" który można przeczytać tutaj, więc osoby zainteresowane szerszym omówieniem tego tematu odsyłam do tego tekstu. Natomiast tu spróbuję to bardzo krótko streścić - dla czytelników chcących syntetycznie dowiedzieć się, co właściwie ten nasz automat robi.

Trzeba zacząć od żołędzia. Każdy go widział, każdy go zna, każdy wie, że z niego właśnie może wyrosnąć dąb. Nie każdy jednak wie, że znaczna część żołędzi, jakie zbieramy pod drzewami, nigdy nie wykiełkuje, niezależnie od tego, jak bardzo byśmy się o nie troszczyli po ich zasianiu. Wynika to z faktu, że wewnątrz wielu żołędzi toczą się procesy pogarszające ich zdrowotność. Mówi się o tak zwanych zmianach mumifikacyjnych, o grzybach chorobotwórczych czy o normalnej zgniliźnie. Z zewnątrz niestety nie widać, który żołądź jest zdrowy i warto go zasiać i pielęgnować, a który ma wady. Tymczasem miejsca w szkółkach kontenerowych są kosztowne i szkoda je marnować na żołędzie, z których i tak nie będzie udanych sadzonek dębów!

Dlatego dokonuje się tak zwanej skaryfikacji żołędzia. Obcina się kawałek jego górnego fragmentu (przeciwnego do spiczastego czubka, bo ten czubek to zarodek) i zagląda się do środka.

Od razu chcę wyjaśnić, że owo obcięcie żołędzia bynajmniej mu nie szkodzi. Przeciwnie, takie nacięcie ułatwia kiełkowanie, więc sadzonki pojawiają się szybciej i rosną wszystkie w zbliżonym tempie. Pozwala to uniknąć szkodliwego zasłaniania dostępu do światła przez szybciej kiełkujące sadzonki tym wolniejszym - co upośledza ich rozwój.

Zajrzenie do środka żołędzia pozwala odrzucić te, we wnętrzu których widoczne są objawy zepsucia, co powoduje, że z prawie każdego zasianego żołędzia wyrośnie udane drzewko. Można to obejrzeć na tym zdjęciu:

W paletach po prawej stronie zasiano żołędzie nieskaryfikowane. Jak widać, nie wszystkie wykiełkowały (bo niektóre były wewnątrz zepsute, czego jednak nie można było sprawdzić), a te, które wykiełkowały, dały sadzonki mizernej wielkości, bo kiełkujący wewnątrz twardej osłonki nasiennej zarodek zużył dużo energii na to, żeby się przebić na zewnątrz. Co więcej, w przypadku siewu żołędzi nieskaryfikowanych, pierwsze siewki zaczynają pojawiać się po 2–3 tygodniach od siewu, a ostatnie nawet po 16–17 tygodniach. Powoduje to potem duże kłopoty z ich sadzeniem.

Natomiast w paletach po lewej wysiano (w tym samym czasie!) żołędzie skaryfikowane. Widać, że prawie wszystkie wykiełkowały, a ponadto sadzonki wyrosły znacznie większe i zdrowsze.

Wiadomo więc, że skaryfikacja i weryfikacja zdrowotności żołędzi się opłaca. Problem polega tylko na tym, kto to ma robić. Obecnie robią to leśnicy sekatorami, a ocenę jakości żołędzia dokonują na oko. Tyle tylko, że to jest koszmarna robota!

Co gorsza, obfity urodzaj żołędzi przypada w Polsce zazwyczaj co 5–7 lat, ale wtedy w krótkim czasie trzeba „przerobić” ogromną ich liczbę. Zapotrzebowanie na nasiona w skali naszego kraju wynosi ok. 600 000 kg, a ponieważ średnia masa pojedynczego żołędzia waha się pomiędzy 2–7 g, więc tych żołędzi jest od 86 do 300 milionów. Oczywiście nie wszystkie żołędzie są skaryfikowane. W przypadku szkółek gruntowych (a te u nas dominują) z reguły ten zabieg jest pomijany. Zabieg obcięcia i obejrzenia dotyczy więc orientacyjnie ok. 25-30 milionów żołędzi. Ale to i tak bardzo dużo!

Należy to zrobić w krótkim czasie, najlepiej nie przekraczającym jednego miesiąca, bo żołędzie zaliczają się do kategorii „recalcitrant” stąd dla zachowania żywotności wymagają stałego utrzymywania ich naturalnej wilgotności. Tym samym nie można ich zamrażać celem długoterminowego przechowywania, a nie zamrażane - szybko się psują.

Opisana sytuacja spowodowała, że naukowcy z Wydziału Leśnego Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie (prof. J. Walczyk i dr hab. P. Tylek) wymyślili, że do skaryfikacji i oceny żołędzi trzeba zbudować automat. Po rozważeniu założeń technicznych podjąłem się (wraz z moimi współpracownikami) budowy tego automatu, a współdziałali z nami pracownicy Przemysłowego Instytutu Maszyn Rolniczych w Poznaniu, oraz firm PROMAR w Poznaniu i OPTISTER w Krakowie.

Wygląd automatu przedstawiają poniższe ilustracje (pochodzące z przygotowanej przez PIMR ulotki informacyjnej)

a jego właściwości opisano w następujący sposób:

No i ten automat zdobył złoty medal!

Cieszymy się z tego, ale jeszcze bardziej cieszy nas perspektywa licznych dębowych lasów, w których cieniu będą chronić się nasze wnuki i prawnuki. Lasów, których by nie było, gdybyśmy nie zbudowali naszego automatu!