Aby sprostać rosnącemu globalnemu zapotrzebowaniu na żywność, istnieje potrzeba poprawy plonów poprzez efektywne fenotypowanie. Fenotypowanie oparte na obrazach optycznych umożliwiło znaczny postęp w hodowli roślin i zarządzaniu uprawami, ale ze względu na brak kontaktu z otoczeniem, wiąże się z ograniczeniami w zakresie rozdzielczości przestrzennej i dokładności.
Noszone czujniki wykorzystujące pomiary kontaktowe stanowią obiecującą alternatywę dla monitorowania in situ fenotypów roślin i ich środowiska. Pomimo wczesnych postępów w monitorowaniu wzrostu roślin i mikroklimatu, pełny potencjał noszonych czujników do fenotypowania roślin pozostaje w dużej mierze niewykorzystany.
W lipcu 2023 roku czasopismo Plant Phenomics opublikowało artykuł przeglądowy zatytułowany „Czujniki noszone: nowe narzędzia do gromadzenia danych w fenotypowaniu roślin”. Celem tego artykułu jest zbadanie możliwości czujników noszonych w monitorowaniu różnych czynników roślinnych i środowiskowych, z uwzględnieniem ich wysokiej rozdzielczości, wszechstronności i minimalnej inwazyjności, a jednocześnie rozwiązywanie istniejących problemów i oferowanie rozwiązań.
Noszone czujniki oferują rewolucyjne podejście do fenotypowania roślin, pokonując ograniczenia tradycyjnych metod bezkontaktowych, takich jak obrazowanie optyczne. Oferują wysoką rozdzielczość przestrzenną, wszechstronność i minimalną inwazyjność, umożliwiając pomiar różnych fenotypów roślin, takich jak elongacja, temperatura liści, nawodnienie, biopotencjał i reakcje na stres.
Innowacyjne technologie, takie jak rozciągliwe tensometry i elastyczne czujniki elektrodowe, dostosowują się do wzrostu i morfologii roślin, umożliwiając monitorowanie in situ w czasie rzeczywistym.
W przeciwieństwie do obrazowania optycznego, czujniki noszone są mniej wrażliwe na czynniki środowiskowe i mogą dostarczać dokładniejsze dane. Monitorując temperaturę i wilgotność liści, czujniki noszone wykorzystują łączność bezprzewodową i zaawansowane materiały, aby zapewnić niezawodne i dokładne pomiary.
Czujniki z elastycznymi elektrodami umożliwiają postęp w pomiarze biopotencjałów, minimalizując uszkodzenia roślin i zapewniając ciągły monitoring. Wykrywanie reakcji na stres można usprawnić, stosując czujniki monitorujące wczesne oznaki chorób lub stresu środowiskowego, takie jak promieniowanie ultrafioletowe i ekspozycja na ozon.
Noszone czujniki doskonale sprawdzają się również w monitorowaniu środowiska, oceniając takie czynniki, jak temperatura powietrza, wilgotność, światło i obecność pestycydów. Czujniki multimodalne na lekkich, rozciągliwych platformach zbierają w czasie rzeczywistym dane, które są kluczowe dla zrozumienia mikrośrodowisk wpływających na wzrost roślin.
Chociaż czujniki noszone na ciele są niezwykle obiecujące w zakresie fenotypowania roślin, napotykają one również na wyzwania, takie jak zakłócenia we wzroście roślin, słabe interfejsy wiążące, ograniczone typy sygnałów i mały zasięg monitorowania. Rozwiązania obejmują lekkie, miękkie, rozciągliwe i przezroczyste materiały, a także zaawansowane technologie łączenia oraz integrację wielu trybów pomiaru.
W miarę rozwoju technologii czujników noszonych oczekuje się, że odegrają one kluczową rolę w przyspieszeniu fenotypowania roślin, zapewniając lepszy wgląd w interakcje roślina-środowisko.
Czas publikacji: 24 lipca 2024 r.