Студент Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики Кирилл Безлюдников начал заниматься большой наукой, как только закончил первый курс. В 2021 году вместе с заведующим кафедрой «Теоретические основы радиотехники и связи» Дмитрием Паниным и доцентом Юрием Алышевым молодой ученый приступил к разработке цифровой модели влажной почвы.
Не касаясь земли
Технология поначалу звучит непонятно, но ровно до того момента, пока ученый не рассказал, как это работает на практике. На конечной стадии разработка будет выглядеть так – беспилотники или их рой с антенной на борту летят над полем и сканируют его. Данные передаются в компьютер, и по ним составляется карта влажности почвы. Этот параметр анализируется дистанционно с помощью электромагнитных волн.
Ученым давно известно, что электромагнитные волны могут изменять свои свойства, проходя через какую-то среду или отражаясь от нее. На основе этого знания и возникла идея дистанционного определения влажности почвы. Электромагнитные волны проходят сквозь грунт, а потом отражаются от него. И эту «разницу» в информации, которую несут волны, как раз и изучает научная группа.
По сути, изобретением Кирилла является определенная конфигурация элементов почвы: в определенном порядке и определенной концентрации для облегчения поиска зависимостей между параметрами волн и характеристиками земли.
Сейчас разработка находится на стадии патентования и экспериментирования.
В помощь аграриям
Но прежде, чем дроны с антеннами взмоют в небо, необходимо определить электродинамические характеристики почвы. А это сложно, потому что почва - говоря научным языком - объемный диэлектрик, который имеет неровную поверхность, растительность, камни, глину, пустоты и т.д. Все это влияет на отражение и прохождение вглубь электромагнитных волн. Компьютерное электродинамическое моделирование объемных диэлектриков почти невозможно. Необходимо огромное количество вычислительных ресурсов, не существует оптимального алгоритма и программы. Именно на это сейчас и направлены исследования самарских ученых – они стремятся создать оптимальный алгоритм для комплексного анализа влажных почв.
Внешне опытная модель выглядит как пластиковые контейнеры отдельно с грунтом и отдельно с водой, которые ставятся друг на друга, имитируя влажную почву, но без смешивания. Электродинамические свойства почвы вычитываются с помощью цифровых антенных решеток. Это приспособления, чем-то напоминающие привычные телевизионные антенны на крышах многоэтажек. Лабораторные вычисления должны объяснить, как параметры падающих отраженных волн объясняют распределение влаги в почве.
Изобретение может широко применяться в сельском хозяйстве для дистанционного мониторинга угодий. Аграриям больше не придется «пачкать руки» и брать почву со своих полей на анализ. Высокие технологии будут все делать быстро и точно, охватывая большие территории.
Преимущество молодости
Современная наука, считает Кирилл Безлюдников, развивается невероятно быстро и меняет нашу реальность. Молодые ученые отличаются гибкостью ума и мышления, и им проще перестраиваться в новой обстановке. Но, конечно, они не всесильны, и без опытного наставника, который может подсказать или направить, трудно ориентироваться в изобилии информации и существующих достижениях других ученых.
Недавно Кирилл стал магистром факультета систем радиосвязи и радиотехники в своем родном вузе. Сейчас все его идеи связаны с разработкой конформных антенных решеток для беспилотников.