Ученые разработали биоразлагаемую технологию измерения влажности почвы
Все более ограниченные земельные и водные ресурсы стимулировали развитие точного земледелия, которое представляет собой использование технологии дистанционного зондирования для мониторинга данных о состоянии воздуха и почвы в режиме реального времени, чтобы помочь оптимизировать урожайность сельскохозяйственных культур. Максимизация устойчивости таких технологий имеет решающее значение для надлежащего управления окружающей средой и снижения затрат.
Ученые из Университета Осаки разработали беспроводную технологию измерения влажности почвы , которая в значительной степени биоразлагаема. Эта работа является важной вехой в устранении остающихся технических узких мест в точном земледелии, таких как безопасная утилизация использованных сенсорных устройств. Исследование опубликованно в журнале Advanced Sustainable Systems.
В условиях роста населения планеты крайне важно оптимизировать сельскохозяйственное производство и одновременно свести к минимуму использование земли и воды. Точное земледелие призвано удовлетворить эти противоречивые потребности, используя сенсорные сети для сбора экологической информации для правильного распределения ресурсов на пахотных землях, когда и где эти ресурсы необходимы.
Дроны и спутники могут собирать много информации, но они не идеальны для определения уровня влажности почвы. Для оптимального сбора данных, устройства измерения влажности должны быть установлены на уровне земли с высокой плотностью застройки. Если датчики не являются биоразлагаемыми, их необходимо собирать по окончании срока службы, что может быть трудоемким и делать их непрактичными. Целью настоящей работы является достижение как электронной функциональности, так и биоразлагаемости в одной технологии.
«Наша система включает в себя несколько датчиков, беспроводной источник питания и тепловизионную камеру для сбора и передачи данных зондирования и местоположения», — объясняет Такааки Касуга, ведущий автор исследования. «Компоненты, находящиеся в почве, в значительной степени экологичны, они состоят из подложки из нанобумаги, защитного покрытия из натурального воска, угольного нагревателя и оловянных проводящих линий».
В основе технологии лежит то, что эффективность беспроводной передачи энергии на датчик соответствует температуре нагревателя датчика и влажности окружающей почвы. Например, при оптимизированных положениях и углах датчиков на гладкой почве увеличение влажности почвы с 5% до 30% снижает эффективность передачи с ~46% до ~3%. Затем тепловизионная камера снимает изображения местности для одновременного сбора данных о влажности почвы и данных о местоположении датчиков. В конце сезона сбора урожая датчики можно закопать в почву для биоразложения.
«Мы успешно визуализировали области дефицита влаги в почве, используя 12 датчиков на демонстрационном поле размером 0,4 на 0,6 метра», — говорит Касуга. «Таким образом, наша система работает при высокой плотности датчиков, необходимой для точного земледелия».
Эта работа имеет потенциал для оптимизации точного земледелия в мире, который становится все более ограниченным в ресурсах. Максимизация эффективности исследовательской технологии в неидеальных условиях (например, при неправильном положении датчиков и углах на неровной почве) и, возможно, для других показателей состояния почвы, помимо уровня влажности почвы, может способствовать широкому внедрению технологии мировым сельскохозяйственным сообществом.
Источник: Университет Осаки
