Fyzická podoba atria nabízí unikátní spojení zeleně a technologií, které společně tvoří živou laboratoř udržitelných řešení. Dominantním prvkem je agrovoltaický systém – konstrukce nesoucí fotovoltaické panely, pod nimiž rostou maliny. Tento systém nejen vyrábí elektrickou energii, ale zároveň vytváří částečné zastínění přispívající k ochraně rostlin před extrémními výkyvy teplot.
Vyrobená energie je ukládána do bateriového úložiště, z něhož jsou celoročně napájeny všechny podpůrné technologie. Patří mezi ně edge computing jednotky, které v reálném čase zpracovávají data z čidel, řídicí jednotky závlahového systému, ale i chlazení hydroponického systému, který je rovněž součástí atria. Pro zajištění optimálních podmínek v hydroponii slouží i zemní tepelné kolektory umožňující ekologické chlazení živných roztoků během letních měsíců.
Závlahový systém atria je rozdělen na dvě části – podzemní kapénkovou závlahu pro trávník a nadzemní systém určený pro maliny, jabloně a borůvky. Velmi důležitou roli při rozhodování o dávce a frekvenci závlahy hrají senzorické systémy, rozmístěné napříč atriem. Tyto senzory kontinuálně monitorují teplotu a vlhkost půdy v kořenové zóně jednotlivých rostlin. Pokročilé sondy zároveň sledují i koncentrace živin, konkrétně dusíku (N), fosforu (P) a draslíku (K) a poskytují tak detailní přehled o výživovém stavu pěstovaných plodin. Jiné senzory teploty zjišťují teplotu v půdním profilu.
Díky propojení a ukládání těchto dat na cloud s automatizovanými prvky tak vzniká komplexní systém schopný reagovat na aktuální podmínky a optimalizovat péči o rostliny téměř bez zásahu člověka.
Digitální dvojče: druhý život atria v digitálním světě
Atrium ale nežije pouze ve fyzickém prostoru. Současně s jeho technickým vybavením vzniká i jeho digitální dvojče – virtuální reprezentace, která umožňuje sledování, analýzu i simulaci probíhajících procesů. První fází je monitorovací digitální dvojče, jehož základní vizualizace je dostupná online na adrese agrivoltaics.tf.czu.cz. Tento nástroj poskytuje uživatelům přehled o aktuálních stavech senzorů a systémů v reálném čase a tvoří základ pro další digitální vrstvy. Současně vzniká i verze digitálního dvojčete ve virtuální realitě, která nabízí uživatelům možnost ponořit se do 3D modelu atria, prohlížet si jeho části interaktivně a v budoucnu i simulovat různé scénáře vývoje. Na monitorovací vrstvu naváže popisné digitální dvojče schopné sledovat stav systému a vysvětlovat, proč k němu došlo – například proč došlo k odlišné míře závlahy u různých rostlin či jaké byly historické změny ve vývoji mikroklimatu.
V další fázi bude nasazeno prediktivní digitální dvojče, které také začne využívat externí datové zdroje včetně meteorologických informací ze služby AccuWeather, přístupných přes rozhraní API. Na základě předpovědi počasí a aktuálních podmínek bude systém schopen doporučovat zásahy, jako je například zavlažování nebo stínění.
Nejvyšší úroveň představuje preskriptivní digitální dvojče, které některé z těchto zásahů již dnes řídí plně automatizovaně. Typickým příkladem je autonomní sečení travnatých ploch, kde se využívají jak robotické sekačky značky Husqvarna, tak řešení postavená na bázi Segway platformy řízené na základě dat z prostředí a naplánovaných trajektorií. Celý systém je programován a řízen prostřednictvím platformy NodeRed na Raspberry 4 umožňující efektivní vizualizaci, integraci i logiku rozhodování napříč jednotlivými částmi atria.
V rámci demonstračního atria probíhá již druhým rokem výzkumný agrovoltaický experiment Centra precizního zemědělství pod vedením docenta Milana Kroulíka. Cílem je zjistit, jak částečné zastínění malin fotovoltaickými panely ovlivňuje jejich růst, výnos a kvalitu. Pod panely i mimo ně je pěstováno celkem 60 keřů malin odrůd Polka a Tulameen. Sledovány jsou mimo jiné vlhkost půdy, obsah živin i cukernatost plodů. První výsledky ukazují, že zastínění rostlinám neškodí, naopak může být přínosné.
Demonstrační atrium nebude sloužit jen výzkumu. Stane se integrální součástí výuky na Technické fakultě. Jeho technologie nabídnou praktické ukotvení pro řadu technických předmětů od termomechaniky a numerických simulací přes kurzy zaměřené na programování a řízení procesů až po automatizaci a robotizaci. Studenti tak získají možnost ověřovat si teoretické poznatky na reálných systémech a pracovat s daty z prostředí, které se dynamicky vyvíjí v čase. Atrium navíc přímo podporuje i nově vznikající předmět Základy digitálních dvojčat, který bude součástí studijního programu Informační a řídicí technika v agropotravinářském sektoru. Atrium se tak stává živou učebnou, která propojuje výuku s realitou chytrého zemědělství a moderní techniky.
Autoři: doc. Rostislav Chotěborský, doc. Miloslav Linda, dr. Jiří Kuře
Podobné články
Česká zemědělská univerzita v Praze je častou volbou studentů i akademiků z celého světa. Zhruba třetina jejího studentstva je ze zahraničí a pochází z 85 zemí. Zahraniční akademiky sem lákají výzkumné a vzdělávací projekty ve spojení s dobrým jménem univerzity.
Jedinečná příležitost zažít lom ČSA zblízka se v sobotu 12. července 2025 naskytla účastníkům šesti komentovaných prohlídek, které je provedly po zastávkách virtuální trasy Biosafari. Otevření lomu pro veřejnost umožnilo zájemcům získat informace o historii těžby hnědého uhlí, o technických