Agricultură inteligentă și sustenabilă cu senzor de umiditate a solului biodegradabil

Resursele din ce în ce mai limitate de terenuri și apă au stimulat dezvoltarea agriculturii de precizie, care utilizează tehnologia de teledetecție pentru a monitoriza datele de mediu privind aerul și solul în timp real, pentru a ajuta la optimizarea randamentelor culturilor. Maximizarea sustenabilității acestor tehnologii este esențială pentru gestionarea corectă a mediului și reducerea costurilor.
Acum, într-un studiu publicat recent în revista Advanced Sustainable Systems, cercetătorii de la Universitatea din Osaka au dezvoltat o tehnologie wireless de detectare a umidității solului, care este în mare parte biodegradabilă. Această lucrare reprezintă o etapă importantă în abordarea blocajelor tehnice rămase în agricultura de precizie, cum ar fi eliminarea în siguranță a echipamentelor senzoriale uzate.
Pe măsură ce populația globală continuă să crească, optimizarea randamentelor agricole și minimizarea utilizării terenurilor și a apei sunt esențiale. Agricultura de precizie își propune să abordeze aceste nevoi conflictuale prin utilizarea rețelelor de senzori pentru colectarea de informații despre mediu, astfel încât resursele să poată fi alocate în mod corespunzător terenurilor agricole atunci când și unde sunt necesare.
Dronele și sateliții pot colecta o multitudine de informații, dar nu sunt ideale pentru determinarea umidității solului și a nivelurilor de umiditate. Pentru o colectare optimă a datelor, dispozitivele de măsurare a umidității ar trebui instalate pe sol la o densitate mare. Dacă senzorul nu este biodegradabil, acesta trebuie colectat la sfârșitul duratei sale de viață, ceea ce poate necesita multă muncă și este impracticabil. Obiectivul lucrării actuale este atingerea funcționalității electronice și a biodegradabilității într-o singură tehnologie.
„Sistemul nostru include mai mulți senzori, o sursă de alimentare wireless și o cameră de termoviziune pentru a colecta și transmite date de detectare și localizare”, explică Takaaki Kasuga, autorul principal al studiului. „Componentele din sol sunt în mare parte ecologice și constau din substrat de nanopârtie, strat protector de ceară naturală, încălzitor de carbon și sârmă conductoră de staniu.”
Tehnologia se bazează pe faptul că eficiența transferului wireless de energie către senzor corespunde temperaturii încălzitorului senzorului și umidității solului înconjurător. De exemplu, atunci când se optimizează poziția și unghiul senzorului pe un sol neted, creșterea umidității solului de la 5% la 30% reduce eficiența transmisiei de la ~46% la ~3%. Camera de termoviziune captează apoi imagini ale zonei pentru a colecta simultan date despre umiditatea solului și locația senzorului. La sfârșitul sezonului de recoltare, senzorii pot fi îngropați în sol pentru a se biodegrada.
„Am reușit să captăm imagini în zone cu umiditate insuficientă a solului folosind 12 senzori într-un câmp demonstrativ de 0,4 x 0,6 metri”, a spus Kasuga. „Drept urmare, sistemul nostru poate gestiona densitatea mare de senzori necesară pentru agricultura de precizie.”
Această lucrare are potențialul de a optimiza agricultura de precizie într-o lume cu resurse din ce în ce mai limitate. Maximizarea eficacității tehnologiei cercetătorilor în condiții non-ideale, cum ar fi amplasarea deficitară a senzorilor și unghiurile de pantă pe solurile grosiere și, probabil, alți indicatori ai mediului solului dincolo de nivelurile de umiditate a solului, ar putea duce la utilizarea pe scară largă a tehnologiei de către comunitatea agricolă globală.