Coraz bardziej ograniczone zasoby gruntów i wody pobudziły rozwój rolnictwa precyzyjnego, które wykorzystuje technologię teledetekcji do monitorowania danych środowiskowych powietrza i gleby w czasie rzeczywistym, aby pomóc w optymalizacji plonów.Maksymalizacja zrównoważonego rozwoju takich technologii ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego zarządzania środowiskiem i redukcji kosztów.
Teraz, w badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie Advanced Sustainable Systems, naukowcy z Uniwersytetu w Osace opracowali technologię bezprzewodowego pomiaru wilgotności gleby, która w dużej mierze ulega biodegradacji.Prace te stanowią ważny kamień milowy w usuwaniu pozostałych wąskich gardeł technicznych w rolnictwie precyzyjnym, takich jak bezpieczna utylizacja zużytego sprzętu czujnikowego.
Ponieważ liczba ludności na świecie stale rośnie, optymalizacja plonów rolnych oraz minimalizacja zużycia gruntów i wody mają kluczowe znaczenie.Rolnictwo precyzyjne ma na celu zaspokojenie tych sprzecznych potrzeb poprzez wykorzystanie sieci czujników do gromadzenia informacji o środowisku, aby można było odpowiednio przydzielać zasoby gruntom rolnym, kiedy i gdzie są potrzebne.
Drony i satelity mogą gromadzić mnóstwo informacji, ale nie są idealne do określania wilgotności gleby i jej poziomu.Aby zapewnić optymalne gromadzenie danych, urządzenia do pomiaru wilgotności powinny być instalowane na ziemi w dużym zagęszczeniu.Jeśli czujnik nie ulega biodegradacji, należy go zebrać po zakończeniu jego okresu użytkowania, co może być pracochłonne i niepraktyczne.Celem obecnej pracy jest osiągnięcie funkcjonalności elektronicznej i biodegradowalności w jednej technologii.
„Nasz system obejmuje wiele czujników, bezprzewodowy zasilacz i kamerę termowizyjną do gromadzenia i przesyłania danych z czujników i lokalizacji” – wyjaśnia Takaaki Kasuga, główny autor badania.„Składniki zawarte w glebie są w większości przyjazne dla środowiska i składają się z nanopapieru.podłoże, powłoka ochronna z naturalnego wosku, grzejnik węglowy i cynowy drut przewodzący.
Technologia opiera się na tym, że wydajność bezprzewodowego przesyłania energii do czujnika odpowiada temperaturze grzejnika czujnika i wilgotności otaczającej gleby.Na przykład podczas optymalizacji położenia i kąta czujnika na gładkiej glebie zwiększenie wilgotności gleby z 5% do 30% zmniejsza wydajność transmisji z ~46% do ~3%.Następnie kamera termowizyjna rejestruje obrazy obszaru, aby jednocześnie zebrać dane dotyczące wilgotności gleby i lokalizacji czujnika.Pod koniec sezonu żniwnego czujniki można zakopać w glebie, aby uległy biodegradacji.
„Udało nam się sfotografować obszary o niewystarczającej wilgotności gleby za pomocą 12 czujników na polu demonstracyjnym o wymiarach 0,4 x 0,6 metra” – powiedziała Kasuga.„W rezultacie nasz system może obsłużyć dużą gęstość czujników niezbędną w rolnictwie precyzyjnym”.
Prace te mogą potencjalnie zoptymalizować rolnictwo precyzyjne w świecie o coraz bardziej ograniczonych zasobach.Maksymalizacja skuteczności technologii badaczy w nieidealnych warunkach, takich jak złe rozmieszczenie czujników i kąty nachylenia na glebach gruboziarnistych i być może inne wskaźniki środowiska glebowego wykraczające poza poziom wilgotności gleby, mogłoby doprowadzić do powszechnego stosowania tej technologii przez światowe rolnictwo wspólnota.
Czas publikacji: 30 kwietnia 2024 r