Носимые сенсоры для продвинутого фенотипирования растений
Для удовлетворения растущего мирового спроса на продовольствие необходимо повышать урожайность с помощью эффективного фенотипирования. Фенотипирование на основе оптической визуализации значительно продвинуло селекцию растений и управление посевами, но имеет ограничения в пространственном разрешении и точности из-за бесконтактного подхода.
Носимые сенсоры, использующие контактные измерения, представляют собой перспективную альтернативу для мониторинга фенотипов растений и их окружения in situ. Несмотря на ранние успехи в отслеживании роста растений и микроклимата, полный потенциал носимых сенсоров в фенотипировании растений остается в значительной степени неисследованным.
В июле 2023 года журнал Plant Phenomics опубликовал обзорную статью "Wearable Sensor: An Emerging Data Collection Tool for Plant Phenotyping". В ней исследуются возможности носимых сенсоров для мониторинга различных факторов растений и окружающей среды, подчеркиваются их высокое разрешение, многофункциональность и минимальная инвазивность, а также рассматриваются существующие проблемы и предлагаются решения.
Преимущества и возможности
Носимые сенсоры преодолевают ограничения традиционных бесконтактных методов (например, оптической визуализации), обеспечивая:
- Высокое пространственное разрешение.
- Многофункциональность.
- Минимальную инвазивность.
Они позволяют измерять различные фенотипы растений: удлинение, температуру листа, гидратацию, биоэлектрический потенциал и стрессовый ответ. Инновации, такие как растяжимые тензодатчики и гибкие электродные сенсоры, адаптируются к росту и морфологии растений, обеспечивая мониторинг в реальном времени in situ.
В отличие от оптической визуализации, носимые сенсоры менее подвержены влиянию факторов окружающей среды, предоставляя более точные данные. Например, для мониторинга температуры и гидратации листьев они используют беспроводную связь и передовые материалы.
Носимые сенсоры также эффективны для мониторинга окружающей среды, оценивая такие факторы, как температура и влажность воздуха, освещенность и наличие пестицидов. Мультимодальные сенсоры на легких, растяжимых платформах собирают данные в реальном времени, что важно для понимания микроокружения, влияющего на рост растений.
Вызовы и решения
Несмотря на большой потенциал, носимые сенсоры сталкиваются с проблемами:
- Вмешательство в рост растений.
- Слабые интерфейсы скрепления.
- Ограниченный тип сигналов.
- Малая зона мониторинга.
В качестве решений предлагаются легкие, мягкие, растяжимые и прозрачные материалы, передовые технологии скрепления и интеграция различных сенсорных модальностей.
По мере развития технологий носимые сенсоры, как ожидается, будут играть решающую роль в ускорении фенотипирования растений, обеспечивая более глубокое понимание взаимодействий между растением и окружающей средой.