Ilgtspējīga viedā lauksaimniecība ar bioloģiski noārdāmu augsnes mitruma sensoru

Arvien ierobežotākie zemes un ūdens resursi ir veicinājuši precīzās lauksaimniecības attīstību, kurā tiek izmantota tālizpētes tehnoloģija, lai reāllaikā uzraudzītu gaisa un augsnes vides datus un palīdzētu optimizēt ražas. Šādu tehnoloģiju ilgtspējības maksimizēšana ir ļoti svarīga, lai pareizi pārvaldītu vidi un samazinātu izmaksas.
Nesen žurnālā “Advanced Sustainable Systems” publicētā pētījumā Osakas Universitātes pētnieki ir izstrādājuši bezvadu augsnes mitruma noteikšanas tehnoloģiju, kas lielā mērā ir bioloģiski noārdāma. Šis darbs ir svarīgs pagrieziena punkts, lai risinātu atlikušās tehniskās problēmas precīzajā lauksaimniecībā, piemēram, lietotu sensoru iekārtu drošā utilizēšanā.
Tā kā pasaules iedzīvotāju skaits turpina pieaugt, ir svarīgi optimizēt lauksaimniecības ražu un samazināt zemes un ūdens patēriņu. Precīzā lauksaimniecība cenšas risināt šīs pretrunīgās vajadzības, izmantojot sensoru tīklus vides informācijas vākšanai, lai resursus varētu atbilstoši piešķirt lauksaimniecības zemei, kad un kur tie ir nepieciešami.
Droni un satelīti var apkopot milzīgu informācijas apjomu, taču tie nav ideāli piemēroti augsnes mitruma un mitruma līmeņa noteikšanai. Lai nodrošinātu optimālu datu vākšanu, mitruma mērīšanas ierīces jāuzstāda uz zemes lielā blīvumā. Ja sensors nav bioloģiski noārdāms, tas jāsavāc tā kalpošanas laika beigās, kas var būt darbietilpīgi un nepraktiski. Pašreizējā darba mērķis ir panākt elektronisku funkcionalitāti un bioloģisko noārdāmību vienā tehnoloģijā.
“Mūsu sistēma ietver vairākus sensorus, bezvadu barošanas avotu un termisko attēlveidošanas kameru, lai apkopotu un pārraidītu uztveršanas un atrašanās vietas datus,” skaidro Takaaki Kasuga, pētījuma vadošais autors. “Augsnes sastāvdaļas lielākoties ir videi draudzīgas un sastāv no nanopapīra, substrāta, dabīgā vaska aizsargpārklājuma, oglekļa sildītāja un alvas vadītāja.”
Tehnoloģija balstās uz to, ka bezvadu enerģijas pārneses efektivitāte uz sensoru atbilst sensora sildītāja temperatūrai un apkārtējās augsnes mitrumam. Piemēram, optimizējot sensora pozīciju un leņķi uz gludas augsnes, augsnes mitruma palielināšana no 5% līdz 30% samazina pārraides efektivitāti no ~46% līdz ~3%. Pēc tam termoattēla kamera uzņem apgabala attēlus, lai vienlaikus apkopotu augsnes mitruma un sensoru atrašanās vietas datus. Ražas novākšanas sezonas beigās sensorus var ierakt augsnē, lai tie bioloģiski noārdītos.
“Izmantojot 12 sensorus 0,4 x 0,6 metru demonstrācijas laukā, mēs veiksmīgi attēlojām apgabalus ar nepietiekamu augsnes mitrumu,” sacīja Kasuga. “Tā rezultātā mūsu sistēma var tikt galā ar augsto sensoru blīvumu, kas nepieciešams precīzajai lauksaimniecībai.”
Šim darbam ir potenciāls optimizēt precīzo lauksaimniecību arvien ierobežotāko resursu pasaulē. Pētnieku tehnoloģijas efektivitātes maksimizēšana neideālos apstākļos, piemēram, nepareiza sensoru izvietojuma un slīpuma leņķu gadījumā uz rupjām augsnēm un, iespējams, citos augsnes vides rādītājos, kas pārsniedz augsnes mitruma līmeni, varētu veicināt šīs tehnoloģijas plašu izmantošanu pasaules lauksaimniecības kopienā.