1. Tính cấp thiết của nội dung ý tưởng:

Hiện nay, vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm nói chung và rau sạch nói riêng đang là mối quan tâm hàng đầu của những người nội trợ. Có quá nhiều hóa chất, thuốc trừ sâu, phân bón, thuốc tăng trưởng không rõ nguồn gốc được sử dụng khiến chất lượng bữa ăn gia đình bị đe dọa.

Chính vì thế, rất nhiều gia đình đã chọn cách tự trồng rau tại nhà để cung cấp nguồn rau quả sạch cho gia đình. Trong đó, phương thức trồng rau trong thùng xốp rất được ưa chuộng bởi sự đơn giản, tiện lợi, dễ trồng, nhanh thu hoạch. Thùng xốp vừa dễ tìm, rẻ, trọng lượng nhẹ, lại có khả năng cách nhiệt tốt. không cần tốn quá nhiều công sức vẫn có thể đạt hiệu quả như mong muốn.

Công nghệ LED là một trong những sản phẩm công nghệ thân thiện với môi trường và tiết kiệm điện năng vượt trội. Bạn có thể gia tăng năng suất và lợi nhuận bằng việc giảm chi phí chiếu sáng thông qua công nghệ LED, dòng sản phẩm LED không những có thiết kế nhỏ gọn, trang nhã, tiết kiệm điện năng mà còn có tuổi thọ rất cao.

Trong thực tế, việc trồng rau trong thùng xốp trên sân thượng thường được các gia đình tận dụng để sử dụng ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên vào ban đêm, khi ánh sáng mặt trời không còn, rau mất khả năng quang hợp nên phát triển chậm. Tận dụng ánh sáng mặt trời và công nghệ cao trong chế tạo đèn LED, tôi đề xuất ý tưởng "Ứng dụng công nghệ đèn LED vào trồng rau trong thùng xốp". Công nghệ này đơn giản, dễ sử dụng, tiết kiệm, mang lại hiệu quả cao, nhất là với những nhà ở thành phố và gia đình thiếu đất trồng.

2. Nội dung ý tưởng:

2.1 An toàn thực phẩm là vấn đề ưu tiên hàng đầu

Ở nước ta, những năm gần đây quá trình đô thị hoá diễn ra nhanh, sức ép của vấn đề dân số, thực phẩm, việc làm, môi trường...đã thúc đẩy loại hình "nông nghiệp đô thị" phát triển. Trong đó, trồng rau tại nhà không cần đất đã tạo một xu hướng được nhiều người dân thành phố quan tâm, giải quyết nhu cầu rau sạch cho gia đình.

Tuy nhiên, không phải nhà nào cũng trồng rau được vì nhà cao tầng che bóng các nhà thấp hơn nên cây quang hợp kém, không đạt năng suất và chất lượng. Ánh sáng có thể được xem là thách thức lớn nhất trong trồng trọt. Việc trồng rau sử dụng các thiết bị chiếu sáng thông thường không mang lại hiệu quả vì hiệu suất ánh sáng thấp, tỏa nhiệt cao. Trong khi đó, nếu dùng đèn LED có ưu điểm vượt trội. Lợi thế lớn nhất của đèn LED là có thể chọn lựa mức quang phổ phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển cây trồng, qua đó giúp tăng năng suất tối đa, cũng như chất lượng cây trồng.

2.2 Hệ thống điều khiển đèn led

Ứng dụng công nghệ cao phục vụ cho nông nghiệp hiện đại, bảo đảm kiểm soát được toàn bộ các yếu tố ảnh hưởng đến cây trồng như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, không khí, vi sinh vật gây bệnh, thậm chí là bụi vừa tiết kiệm đất, nước, sức lao động vừa bảo vệ sức khỏe con người.

Khác với LED bình thường, chọn LED RGB có 4 chân, trong đó có 1 chân dương chung và 3 chân âm riêng cho từng màu (R - red - đỏ, G - Green - Xanh lá, B - Blue - Xanh dương). Để thay màu sắc của LED RGB, ta chỉ việc thay đổi độ sáng của từng diode. Để tiết kiệm điện năng cung cấp cho hệ thống, tôi sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời khi trời tối hoặc không có đủ ánh sáng. Hệ thống sử dụng acquy 12V cung cấp cho hệ thống hoạt động (hình 1).

Hình 1: Hệ thống trồng rau trong thùng xốp ban ngày.

Theo nghiên cứu, ánh sáng có ảnh hưởng đến quá trình sinh lý của thực vật, trong thành phần quang phổ của ánh sáng, diệp lục chỉ hấp thụ một số tia sáng. Bằng những thí nghiệm, những tia sáng bị diệp lục hấp thụ mới phát sinh quang hợp. Cường độ quang hợp lớn nhất khi chiếu tia đỏ là tia mà diệp lục hấp thụ nhiều nhất. Thực vật màu xanh phản xạ các tia sáng có chọn lọc. Những sắc tố đảm trách nhiệm vụ quang hợp hấp thu bức xạ hiệu quả nhất ở các bước sóng tím - xanh và da cam - đỏ, nhưng có khả năng phản xạ và cho đi qua các bước sóng lục và vàng. 

Có hai nhóm sắc tố tham gia quang hợp là diệp lục (chlorophyll) và carotenoid. Trong đó diệp lục là sắc tố chính đóng vai trò quan trọng nhất trong quang hợp. Diệp lục có vai trò hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, chuyển thành dạng năng lượng kích thích điện tử của phân tử diệp lục vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng. Từ phân tử diệp lục hấp thu ánh sáng đầu tiên cho đến trung tâm phản ứng của quang hợp phải qua một hệ thống cấu trúc trong màng thilacoit gồm rất nhiều phân tử diệp lục khác nhau. 

Diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng một cách có chọn lọc, một số vùng ánh sáng được diệp lục hấp thụ mạnh nhất, có vùng hấp thụ ít hơn và có vùng hầu như không bị hấp thụ. Điều này đã tạo nên quang phổ hấp thụ của diệp lục. Trong quang phổ hấp thụ của diệp lục, có hai vùng ánh sáng mà diệp lục hấp thụ mạnh nhất tạo nên hai đỉnh hấp thu cực đại. Do vậy, tôi tiến hành điều chỉnh màu săc vào ban đêm để tăng khả năng sinh trưởng của cây rau (hình 2, hình 3).

Hình 2: Hệ thống hoạt động khi không có ánh sắng mặt trời (ánh sáng đỏ có bước sóng là 662 mm).

Nhóm sắc tố carotenoid là nhóm có màu vàng, da cam, là vệ tinh của diệp lục. Quang phổ hấp thụ của nhóm sắc tố này là ở vùng ánh sáng xanh có bước sóng 451nm ÷ 481nm.

Hình 3: Hệ thống hoạt động khi không có ánh sắng mặt trời (ánh sáng xanh tím có bước sóng là 662 nm).

Như vậy, ứng dụng đèn LED loại đèn chiếu đúng cường độ sáng (đỏ hoặc xanh, tím) cho từng loại cây trồng theo đúng các bước sóng phổ mà cây dùng để quang hợp và việc còn lại là điều tiết thời gian chiếu sao cho phù hợp với đặc tính quang chu kỳ của cây trồng. Áp dụng công nghệ chiếu sáng này, năng suất cây trồng cao, không còn bị lệ thuộc vào ánh sáng tự nhiên, chúng ta có thể chủ động điều tiết cho cây theo thời vụ mà mình đã định ra để làm sao cho kết quả tối ưu nhất.

Trồng rau bằng đèn LED không những làm tăng năng suất cây trồng, mà còn rút ngắn thời gian thu hoạch xuống còn 2/3 so với phương pháp canh tác truyền thống. Trồng rau bằng đèn LED sẽ không có côn trùng gây hại, không phải sử dụng thuốc trừ sâu, hoàn toàn thân thiện với môi trường.

3. Tính khả thi, khả năng áp dụng và nhân rộng của ý tưởng

Với tốc độ đô thị hóa nhanh hiện nay, việc xây dựng cho gia đình một vườn rau xanh trong thành phố là điều khó khăn. Với phương pháp "Ứng dụng công nghệ đèn LED vào trồng rau trong thùng xốp" mà chúng tôi đang phát triển và chuyển giao, người dân có thể tự thiết kế cho gia đình mình một vườn rau sạch tại nhà,

4. Dự kiến hiệu quả (về khoa học, về kinh tế và hiệu quả xã hội) của ý tưởng khi triển khai:

Trồng rau bằng đèn LED với hệ thống cảm biến thông minh cho phép kiểm soát ánh sáng một cách tự động, cây trồng được cung cấp ánh sáng bằng hệ thống đèn LED chuyên dụng, với các bước phổ tối ưu cho cây trồng quang hợp, hệ thống ánh sáng cũng được điều chỉnh tự động phù hợp với từng loại cây trồng khác nhau (mỗi một cây trồng có những yêu cầu về bước sóng ánh sáng, cường độ chiếu sáng và thời gian chiếu sáng khác nhau).

Trồng rau bằng đèn LED một giải pháp tối ưu cho phát triển "nông nghiệp đô thị" hiện nay, được điều khiển bằng hệ thống máy tính, máy tính bảng hoặc Smartphone, vì vậy bạn có thể kiểm soát được vườn rau của mình ở bất kỳ vị trí nào, chỉ cần các thiết bị kết nối Internet. Trồng rau bằng đèn LED đầu tư ít chi phí, có thể dùng để trồng các loại cây, rau như: Rau diếp, rau cải, húng quế, dâu tây...và một số loại rau, hoa, củ quả khác.

Trồng rau trong trong thùng xốp có sử dụng đèn LED (thay thế ánh sáng mặt trời) là mô hình canh tác mới, tốn ít không gian, rút ngắn thời gian sinh trưởng, kiểm soát môi trường, năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt hơn. Đặc biệt là có thể cung cấp sản phẩm liên tục quanh năm, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

Người đề xuất ý tưởng