Čoraz obmedzenejšie pôdne a vodné zdroje podnietili rozvoj presného poľnohospodárstva, ktoré využíva technológiu diaľkového prieskumu Zeme na monitorovanie údajov o stave ovzdušia a pôdy v reálnom čase s cieľom optimalizovať výnosy plodín. Maximalizácia udržateľnosti takýchto technológií je kľúčová pre správne riadenie životného prostredia a znižovanie nákladov.
V štúdii nedávno publikovanej v časopise Advanced Sustainable Systems vyvinuli výskumníci z Univerzity v Osake bezdrôtovú technológiu snímania pôdnej vlhkosti, ktorá je do značnej miery biologicky odbúrateľná. Táto práca je dôležitým míľnikom pri riešení zostávajúcich technických úzkych miest v presnom poľnohospodárstve, ako je bezpečná likvidácia použitých senzorových zariadení.
Vzhľadom na neustály rast svetovej populácie je nevyhnutná optimalizácia poľnohospodárskych výnosov a minimalizácia využívania pôdy a vody. Presné poľnohospodárstvo sa zameriava na riešenie týchto protichodných potrieb pomocou senzorových sietí na zhromažďovanie informácií o životnom prostredí, aby sa zdroje mohli vhodne prideľovať poľnohospodárskej pôde vtedy a tam, kde sú potrebné.
Drony a satelity dokážu zhromaždiť množstvo informácií, ale nie sú ideálne na určovanie vlhkosti pôdy a jej úrovne. Pre optimálny zber údajov by mali byť zariadenia na meranie vlhkosti inštalované na zemi s vysokou hustotou. Ak senzor nie je biologicky odbúrateľný, musí sa zhromaždiť na konci svojej životnosti, čo môže byť prácne a nepraktické. Cieľom súčasnej práce je dosiahnutie elektronickej funkčnosti a biologickej odbúrateľnosti v jednej technológii.
„Náš systém obsahuje viacero senzorov, bezdrôtový zdroj napájania a termokameru na zhromažďovanie a prenos údajov o snímaní a polohe,“ vysvetľuje Takaaki Kasuga, hlavný autor štúdie. „Zložky v pôde sú väčšinou šetrné k životnému prostrediu a pozostávajú z nanopapiera, substrátu, ochranného povlaku z prírodného vosku, uhlíkového ohrievača a cínového vodiča.“
Technológia je založená na skutočnosti, že účinnosť bezdrôtového prenosu energie do senzora zodpovedá teplote ohrievača senzora a vlhkosti okolitej pôdy. Napríklad pri optimalizácii polohy a uhla senzora na hladkej pôde zvýšenie vlhkosti pôdy z 5 % na 30 % znižuje účinnosť prenosu z ~46 % na ~3 %. Termokamera potom zachytáva snímky oblasti a súčasne zhromažďuje údaje o vlhkosti pôdy a polohe senzorov. Na konci zberu úrody je možné senzory zakopať do pôdy, aby sa biologicky rozložili.
„Úspešne sme pomocou 12 senzorov na demonštračnom poli s rozmermi 0,4 x 0,6 metra zobrazili oblasti s nedostatočnou vlhkosťou pôdy,“ povedal Kasuga. „Vďaka tomu náš systém dokáže zvládnuť vysokú hustotu senzorov potrebnú pre presné poľnohospodárstvo.“
Táto práca má potenciál optimalizovať presné poľnohospodárstvo vo svete s čoraz obmedzenejšími zdrojmi. Maximalizácia efektívnosti technológie výskumníkov za neideálnych podmienok, ako je zlé umiestnenie senzorov a uhly sklonu na hrubých pôdach a možno aj iné ukazovatele pôdneho prostredia nad rámec úrovne vlhkosti pôdy, by mohla viesť k širokému využívaniu tejto technológie globálnou poľnohospodárskou komunitou.
Čas uverejnenia: 30. apríla 2024