Bu sorunun üstesinden gelmek amacıyla Penn State araştırmacıları, gerçek zamanlı sıcaklık ve rüzgar yönü verilerine dayalı olarak ısıtma kararları alabilen, donmaya karşı koruma sağlayan bir siber-fiziksel sistem geliştiriyor. Bu sistem, sıcaklığı algılayabilen bir cihaz, rüzgarın yönüne göre otomatik olarak yönlendirilebilen propan yakıtlı bir ısıtıcı ve elma bahçesi içinde hareket edebilen insansız bir kara aracından oluşuyor.

Tarımda Bilgisayar ve Elektronik dergisinde yayınlanan sonuçlara göre, düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilen iki testte siber-fiziksel donmaya karşı koruma sistemi, elma ağacı tomurcuklarına verilen zararı önemli ölçüde azaltıyor. Benzer korumasız meyve bahçesi bölgeleri ile karşılaştırıldığında, sistemin kullanıldığı bir testte, korunma süresini iki katından fazla artırıyor, diğerinde ise neredeyse üç katına çıkarıyor.

Elma çiçeklerinin zarar görmesini önlemek için ısı uygulamanın etkili bir yöntem olduğunu belirten araştırmacı Long He, ancak çoğu yetiştiricinin ne zaman ve nerede ısı uygulayacaklarını belirlemede zorlandığını ifade ediyor. Bu durum genellikle iş gücü eksikliği nedeniyle ısıtmanın etkin bir şekilde gerçekleştirilememesiyle sonuçlanmakta ve bu da elma mahsullerinin azalmasına veya enerji israfına yol açmaktadır.

He, "Rüzgar, genellikle meyve bahçelerinde ısıtma performansını büyük ölçüde etkileyen kontrol edilemeyen bir faktördür." diyerek, bu zorlukların üstesinden gelmek için çevresel değişiklikleri algılayabilen ve buna yanıt verebilen bir sistem geliştirdiklerini belirtiyor.

Penn State'in Russell E. Larson Tarımsal Araştırma Merkezi'nde yürütülen bu çalışma, Ziraat ve Biyoloji Mühendisliği Bölümü'nde akıllı tarım üzerine çalışan bir araştırma grubu tarafından gerçekleştirilen son bir projedir. Lisansüstü öğrencisi Weiyun Hua, elma bahçesindeki ısı transfer modellerini, drone tabanlı termal kameralarla çekilen görüntüleri ve doğrulanmış bir sayısal modeli kullanarak bu projede öncülük etmiştir.

Ayrıca, elma çiçeğinin farklı aşamalarını belirlemek için bir algoritma oluşturarak ve drone tabanlı hava kamerası kullanarak bir kritik hasar sıcaklık haritası geliştiren grup, bu bilgileri insansız kara aracının ısıtma görevlerini planlamak için kullanmıştır.

Hua, projede kullanılan ekipmanın toplam maliyetinin yaklaşık 5.000 dolar olduğunu belirtmiş ve bu maliyetin büyük bir kısmını araç, ısıtıcı ve mikro bilgisayarlar oluşturmuştur. Kendisinin yaptığı imalatın temel amacının, sistemi bir araya getirmek için küçük bileşenleri değiştirmek olduğunu ifade etmiştir.

Araştırmacılar, sistemin yenilikçi yönlerinden birinin, ısıtıcıyı otomatik olarak döndürebilen ve ayarlayabilen bir bileşen olduğunu belirtmişlerdir. Daha önceki araştırmalardan elde edilen sayısal modellere dayanarak, meyve bahçesindeki ısı kaybını azaltmak için ısı uygulamanın arka plan rüzgar yönüne göre ayarlanması gerektiğini tespit etmişlerdir.

Ziraat ve Biyoloji Mühendisliği Profesörü Paul Heinemann, bu teknolojinin pazarlamak ve kullanıma sunmak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu belirtmiş, ancak çalışmanın kavramsal kanıtları ve mümkün olanları gösterdiğini ifade etmiştir. Heinemann, "Bu araştırma, büyük meyve bahçelerinde birden fazla ısıtıcı kullanmanın verimliliğini artırabileceğimizi, enerji tasarrufu yaparak ancak tüm soğuk noktalara ulaşmayı sağlayabileceğimizi gösteriyor." demiştir.