کشاورزی هوشمند پایدار با حسگر رطوبت خاک زیست تخریب‌پذیر

محدود شدن روزافزون منابع زمین و آب، توسعه کشاورزی دقیق را برانگیخته است، که از فناوری سنجش از دور برای نظارت بر داده‌های محیطی هوا و خاک در زمان واقعی استفاده می‌کند تا به بهینه‌سازی عملکرد محصول کمک کند. به حداکثر رساندن پایداری چنین فناوری‌هایی برای مدیریت صحیح محیط زیست و کاهش هزینه‌ها بسیار مهم است.
اکنون، در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Advanced Sustainable Systems منتشر شده است، محققان دانشگاه اوساکا یک فناوری حسگر رطوبت خاک بی‌سیم توسعه داده‌اند که تا حد زیادی زیست‌تخریب‌پذیر است. این کار نقطه عطفی مهم در پرداختن به تنگناهای فنی باقی‌مانده در کشاورزی دقیق، مانند دفع ایمن تجهیزات حسگر استفاده‌شده، است.
با افزایش جمعیت جهان، بهینه‌سازی عملکرد کشاورزی و به حداقل رساندن استفاده از زمین و آب ضروری است. کشاورزی دقیق با استفاده از شبکه‌های حسگر برای جمع‌آوری اطلاعات محیطی، به این نیازهای متناقض رسیدگی می‌کند تا منابع بتوانند به طور مناسب در زمان و مکان مورد نیاز به زمین‌های کشاورزی اختصاص داده شوند.
پهپادها و ماهواره‌ها می‌توانند اطلاعات زیادی جمع‌آوری کنند، اما برای تعیین رطوبت خاک و سطح رطوبت ایده‌آل نیستند. برای جمع‌آوری بهینه داده‌ها، دستگاه‌های اندازه‌گیری رطوبت باید با تراکم بالا روی زمین نصب شوند. اگر حسگر زیست‌تخریب‌پذیر نباشد، باید در پایان عمر خود جمع‌آوری شود که می‌تواند کار فشرده و غیرعملی باشد. دستیابی به عملکرد الکترونیکی و زیست‌تخریب‌پذیری در یک فناوری، هدف کار فعلی است.
تاکاکی کاسوگا، نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح می‌دهد: «سیستم ما شامل چندین حسگر، یک منبع تغذیه بی‌سیم و یک دوربین تصویربرداری حرارتی برای جمع‌آوری و انتقال داده‌های حسگری و مکانی است. اجزای موجود در خاک عمدتاً سازگار با محیط زیست هستند و از نانوکاغذ، پوشش محافظ موم طبیعی، بخاری کربنی و سیم رسانای قلع تشکیل شده‌اند.»
این فناوری بر این اساس است که راندمان انتقال انرژی بی‌سیم به حسگر، با دمای گرم‌کن حسگر و رطوبت خاک اطراف آن مطابقت دارد. به عنوان مثال، هنگام بهینه‌سازی موقعیت و زاویه حسگر روی خاک صاف، افزایش رطوبت خاک از ۵٪ به ۳۰٪، راندمان انتقال را از حدود ۴۶٪ به حدود ۳٪ کاهش می‌دهد. سپس دوربین تصویربرداری حرارتی تصاویری از منطقه می‌گیرد تا همزمان رطوبت خاک و داده‌های موقعیت حسگر را جمع‌آوری کند. در پایان فصل برداشت، حسگرها می‌توانند در خاک دفن شوند تا تجزیه بیولوژیکی شوند.
کاسوگا گفت: «ما با موفقیت از مناطقی با رطوبت ناکافی خاک با استفاده از ۱۲ حسگر در یک مزرعه آزمایشی ۰.۴ در ۰.۶ متر تصویربرداری کردیم. در نتیجه، سیستم ما می‌تواند تراکم حسگر بالای مورد نیاز برای کشاورزی دقیق را مدیریت کند.»
این کار پتانسیل بهینه‌سازی کشاورزی دقیق در جهانی که به طور فزاینده‌ای با محدودیت منابع مواجه است را دارد. به حداکثر رساندن اثربخشی فناوری محققان در شرایط غیر ایده‌آل، مانند قرارگیری نامناسب حسگرها و زاویه شیب در خاک‌های درشت و شاید سایر شاخص‌های محیط خاک فراتر از سطح رطوبت خاک، می‌تواند منجر به استفاده گسترده از این فناوری توسط جامعه کشاورزی جهانی شود.