Jak nauka, technologia i innowacje integrują się dla zrównoważonego rozwoju?

Seria "Advances in Science, Technology & Innovation" (ASTI), tworzona przez IEREK, stanowi przykład interdyscyplinarnego podejścia do problematyki zrównoważonego rozwoju, łącząc osiągnięcia naukowe, technologiczne i innowacyjne w celu redefinicji granic tradycyjnych dyscyplin. Współczesne wyzwania, takie jak ochrona środowiska, zarządzanie zasobami naturalnymi czy kwestia bezpieczeństwa żywnościowego i energetycznego, wymagają holistycznych, kompleksowych rozwiązań, które wykraczają poza ramy jednej dziedziny wiedzy.

Seria skupia się na interdyscyplinarnych badaniach, które łączą elementy cyfrowej transformacji, sztucznej inteligencji, uczenia federacyjnego oraz technologii blockchain w kontekście zrównoważonego rozwoju. Złożoność tych wyzwań wymaga integracji różnych podejść, by zapewnić realne, praktyczne rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa żywności, wody i energii. Prezentowane są również studia przypadków z różnych regionów świata, które ukazują konkretne przykłady rozwiązań problemów urbanizacyjnych i środowiskowych.

Dzięki temu podejściu możliwe jest nie tylko wsparcie rozwoju gospodarczego, ale także zrównoważonego, co jest możliwe poprzez lepsze wykorzystanie danych, bardziej efektywne instytucje oraz działania na poziomie globalnym, lokalnym i indywidualnym. Publikacje skierowane są do szerokiego grona odbiorców – od naukowców, przez sektor przemysłowy, po organizacje rządowe i międzynarodowe, które poszukują nowatorskich i sprawdzonych metod transformacji społecznej i środowiskowej.

Ważne jest zrozumienie, że takie interdyscyplinarne podejście do nauki i technologii nie jest celem samym w sobie, lecz narzędziem do tworzenia zrównoważonej przyszłości, w której rozwój technologiczny idzie w parze z ochroną środowiska i poprawą jakości życia ludzi. Każda innowacja, aby była skuteczna, musi być oceniana pod kątem jej wpływu na systemy ekologiczne, społeczne i gospodarcze. Warto zwrócić uwagę na rolę cyfrowej transformacji jako katalizatora zmian oraz na potencjał nowych technologii do poprawy zarządzania zasobami, ale także na wyzwania związane z ich implementacją, takie jak dostępność, bezpieczeństwo danych i etyka.

Ponadto istotne jest, aby czytelnik dostrzegł, że cele zrównoważonego rozwoju wymagają zaangażowania wielopoziomowego i współpracy międzynarodowej, a także świadomego uczestnictwa jednostek i społeczności lokalnych. Tylko takie kompleksowe i zintegrowane działania pozwolą na przełamywanie barier i skuteczne stawianie czoła globalnym wyzwaniom.

Czy inteligentne systemy zarządzania energią mogą zrewolucjonizować wykorzystanie energii odnawialnej?

Systemy śledzenia Słońca, zwane trackerami słonecznymi, odgrywają kluczową rolę w zwiększeniu efektywności paneli fotowoltaicznych. Warto zaznaczyć, że w kontekście analizy pozycji Słońca, istotne są takie kąty jak kąt azymutu, kąt zenitalny oraz kąt nachylenia, które można obliczać w oparciu o współrzędne geograficzne oraz dane o deklinacji Słońca. Kąt azymutu wynosi 0° podczas wschodu Słońca, a 270° podczas jego zachodu. W połączeniu z kątem zenitalnym i kątem nachylenia, który mierzy wysokość Słońca nad horyzontem, systemy trackerów słonecznych umożliwiają precyzyjne śledzenie pozycji Słońca w ciągu dnia, co skutkuje maksymalizacją efektywności wytwarzania energii elektrycznej z paneli fotowoltaicznych.

Z kolei pasywne trackery słoneczne opierają się na wykorzystaniu ciepła do powodowania rozszerzania materiału o stałej masie, co uruchamia mechanizmy sterujące, pozwalając na automatyczne ustawienie paneli w kierunku Słońca. W takim przypadku nie ma potrzeby korzystania z zewnętrznych źródeł energii, ponieważ energia słoneczna sama w sobie wystarcza do napędu mechanizmów ruchu. Dodatkowo, konfiguracja trackerów na noc jest konieczna, aby zachować ich pionową pozycję, co zapobiega uszkodzeniom mechanizmów w wyniku zmiany temperatury.

Właściwe zarządzanie energią w systemach opartych na odnawialnych źródłach energii wymaga nie tylko technologii śledzenia Słońca, ale również zaawansowanych systemów zarządzania. Systemy zarządzania energią (EMS) oparte na sztucznej inteligencji (AI), dużych zbiorach danych (Big Data, BD) oraz zaawansowanych technologiach cyfrowych (ADT) stanowią fundamenty nowoczesnych systemów zarządzania energią. Integracja tych technologii pozwala na prognozowanie zapotrzebowania na energię, optymalizację przechowywania energii, a także przewidywanie awarii i zarządzanie zużyciem energii w czasie rzeczywistym.

Równocześnie, z uwagi na rosnącą złożoność systemów energetycznych, istotną rolę odgrywa komunikacja dwukierunkowa. Pozwala ona na monitorowanie dostępności i zużycia energii, co pomaga w utrzymaniu stabilności systemu i zapobiega awariom. Zdolność do lokalnej wymiany energii oraz elastyczność w zarządzaniu siecią energetyczną pozwalają na budowanie bardziej odpornych i odpornych na zakłócenia systemów energetycznych.

W kontekście rosnącego znaczenia energii odnawialnej, systemy zarządzania energią stają się niezbędnym elementem przyszłościowego krajobrazu energetycznego. Ich skuteczne wdrożenie wymaga współpracy pomiędzy inżynierami, naukowcami, a również dostawcami technologii cyfrowych. Wspólne wysiłki w zakresie integracji AI, BD oraz ADT umożliwią stworzenie nowoczesnych systemów zarządzania energią, które zrewolucjonizują sposób, w jaki wykorzystujemy odnawialne źródła energii.

Jakie czujniki IoT wspierają inteligentne rolnictwo i jakie technologie komunikacji bezprzewodowej są dla nich kluczowe?

Czujniki lokalizacyjne działają na podstawie algorytmów śledzenia i wykrywania pozycji, często wykorzystując GPS, który jest powszechnie stosowany, choć w praktyce często wymaga wsparcia od zasobów ludzkich. Pomiar temperatury jest niezwykle istotny dla prawidłowego wzrostu roślin — szczególnie wrażliwe na wahania termiczne zboża, takie jak pszenica, mogą wykazywać zahamowanie rozwoju pędów nawet po krótkotrwałej ekspozycji na wysokie temperatury. Temperatura gleby ma bezpośredni wpływ na kondycję systemu korzeniowego, którego uszkodzenia prowadzą do znacznego obniżenia plonów. Monitorowanie wilgotności pozwala natomiast na kontrolę warunków wodnych oraz zapobiega rozwojowi chorób roślin wywołanych przez zbyt wysoką wilgotność, takich jak zgnilizny korzeni czy porażenie grzybów, które są szczególnie aktywne w środowisku wilgotnym.

W systemach upraw hydroponicznych poziom cieczy — roztworu odżywczego — musi być stale kontrolowany, co zapewniają czujniki poziomu. Mechaniczne sensory gleby pozwalają na badanie wilgotności, pH oraz przewodności elektrycznej podłoża. Przewodność elektryczna jest ważnym wskaźnikiem organiczności gleby oraz tekstury, co pomaga prognozować potencjał plonotwórczy i obecność chwastów. Utrzymanie odpowiedniego pH gleby, w zakresie 6–7, jest kluczowe dla dostępności składników odżywczych i uniknięcia toksyczności metali ciężkich, takich jak aluminium czy mangan.

W kontekście technologii komunikacji bezprzewodowej, kluczowe znaczenie mają systemy LoRa i LoRaWAN, które oferują transmisję danych na duże odległości przy niskim zużyciu energii, co jest idealne dla rozległych obszarów rolniczych. Moduły RFM69 działające w pasmach ISM zapewniają stabilną łączność na krótszych dystansach, podobnie jak Zigbee i Bluetooth, które umożliwiają wymianę danych w systemach o mniejszym zasięgu. NB-IoT oraz SigFox to technologie LPWAN, które dostarczają rozwiązania niskoprądowe i niskokosztowe, przeznaczone do łączenia wielu urządzeń IoT w rolnictwie.

Wi-Fi pozostaje istotnym protokołem w miejscach, gdzie dostępna jest infrastruktura sieciowa, zapewniając szybki transfer danych w lokalnych obszarach.

Wykorzystanie głębokiego uczenia (deep learning) w rolnictwie, na przykład w systemach detekcji chorób roślin na podstawie obrazów, zwiększa efektywność ochrony upraw, redukując ryzyko rozprzestrzeniania się infekcji. Systemy doradztwa rolniczego oparte na sztucznej inteligencji i przetwarzaniu języka naturalnego umożliwiają rolnikom dostęp do specjalistycznej wiedzy i personalizowanych rekomendacji dotyczących upraw, nawożenia czy zwalczania szkodników.

Ważne jest, by zrozumieć, że pomiar i monitorowanie parametrów środowiskowych nie ogranicza się jedynie do zbierania danych — ich analiza oraz podejmowanie decyzji na ich podstawie stanowią podstawę skutecznego i zrównoważonego zarządzania gospodarstwem. Różnorodność sensorów i technologii komunikacyjnych pozwala na tworzenie kompleksowych systemów, które dostosowują się do specyfiki upraw i lokalnych warunków, co jest kluczowe dla optymalizacji plonów i ochrony zasobów naturalnych.