Дедалі обмеженіші земельні та водні ресурси стимулювали розвиток точного землеробства, яке використовує технології дистанційного зондування для моніторингу даних про стан повітряного та ґрунтового середовища в режимі реального часу, що допомагає оптимізувати врожайність сільськогосподарських культур. Максимізація стійкості таких технологій має вирішальне значення для належного управління навколишнім середовищем та зниження витрат.
Нещодавно в журналі Advanced Sustainable Systems було опубліковано дослідження, в якому дослідники з Університету Осаки розробили бездротову технологію вимірювання вологості ґрунту, яка значною мірою біорозкладна. Ця робота є важливою віхою у вирішенні проблем, що залишилися в точному землеробстві, таких як безпечна утилізація використаного сенсорного обладнання.
Оскільки населення світу продовжує зростати, оптимізація врожайності сільськогосподарських культур та мінімізація використання землі та води є надзвичайно важливими. Точне землеробство має на меті вирішити ці суперечливі потреби, використовуючи сенсорні мережі для збору інформації про навколишнє середовище, щоб ресурси можна було належним чином розподіляти між сільськогосподарськими угіддями, коли і де вони потрібні.
Дрони та супутники можуть збирати величезну кількість інформації, але вони не ідеально підходять для визначення вологості ґрунту та рівня вологості. Для оптимального збору даних прилади для вимірювання вологості слід встановлювати на землі з високою щільністю. Якщо датчик не є біорозкладним, його необхідно збирати в кінці терміну служби, що може бути трудомістким та непрактичним. Метою поточної роботи є досягнення електронної функціональності та біорозкладності в одній технології.
«Наша система включає кілька датчиків, бездротове джерело живлення та тепловізор для збору та передачі даних про зондування та місцезнаходження», – пояснює Такаакі Касуга, провідний автор дослідження. «Компоненти ґрунту здебільшого екологічно чисті та складаються з нанопаперу, субстрату, захисного покриття з натурального воску, вуглецевого нагрівача та олов’яного провідного дроту».
Технологія базується на тому факті, що ефективність бездротової передачі енергії до датчика відповідає температурі нагрівача датчика та вологості навколишнього ґрунту. Наприклад, під час оптимізації положення та кута датчика на гладкому ґрунті, збільшення вологості ґрунту з 5% до 30% знижує ефективність передачі з ~46% до ~3%. Потім тепловізійна камера фіксує зображення ділянки, одночасно збираючи дані про вологість ґрунту та місцезнаходження датчиків. В кінці сезону збору врожаю датчики можна закопати в ґрунт для біорозкладання.
«Ми успішно обробили зображення ділянок з недостатньою вологістю ґрунту за допомогою 12 датчиків на демонстраційному полі розміром 0,4 x 0,6 метра», – сказав Касуга. «В результаті наша система може впоратися з високою щільністю датчиків, необхідною для точного землеробства».
Ця робота має потенціал для оптимізації точного землеробства у світі, де ресурси дедалі більше обмежені. Максимізація ефективності технології дослідників за неідеальних умов, таких як неправильне розміщення датчиків та кути нахилу на грубих ґрунтах, а також, можливо, інші показники ґрунтового середовища, окрім рівня вологості ґрунту, може призвести до широкого використання цієї технології світовою сільськогосподарською спільнотою.
Час публікації: 30 квітня 2024 р.