Растительная электронная кожа для непрерывного мониторинга в точном земледелии

Междисциплинарная команда исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) создала первую в мире полностью органическую электронную кожу (e-skin) для растений. Она предназначена для непрерывного и неинвазивного мониторинга состояния сельскохозяйственных культур, что является ключевым для точного земледелия.

Инновационная e-skin для растений

Коммерчески доступные датчики для растений часто жесткие, тяжелые и непрозрачные, что может повредить растения и повлиять на их рост. Новая разработка решает эти проблемы.

• Характеристики: Электронная кожа биосовместима, прозрачна и эластична. Её толщина составляет всего 4,5 микрометра (примерно в 10 раз тоньше человеческого волоса).
• Конструкция: Состоит из электропроводящего слоя, зажатого между двумя прозрачными подложками. Такая структура пропускает более 85% света в диапазоне длин волн 400–700 нанометров, что соответствует спектру, необходимому растениям для фотосинтеза.
• Функциональность: На e-skin методом литографии наносятся различные датчики (например, для измерения деформации и температуры). Устройство надежно работает на листьях в условиях стресса (жара, недостаток воды) и совместимо с разными типами растений и условиями роста.
• Преимущества: Датчик деформации позволяет точно отслеживать рост даже мелких и нежных листьев, а датчик температуры обеспечивает уникальную возможность неинвазивного мониторинга температуры поверхности листа, что критично для оценки теплового стресса.

«Способность измерять температуру поверхности листа — уникальная особенность нашей растительной e-skin, которой нет у обычных температурных датчиков. Это позволяет собирать данные для понимания того, как смягчить тепловой стресс», — отметил со-руководитель исследования доцент Ченгкуо Ли.

Цифровой двойник для точного земледелия

В дополнение к e-skin команда разработала систему мониторинга на основе цифрового двойника растения.

• Принцип работы: Данные с датчиков e-skin обрабатываются и используются для создания цифровой копии растения, отражающей его физическое состояние в реальном времени.
• Демонстрация: На примере температуры система мгновенно преобразует её колебания на поверхности листа в изменения цвета на цифровом двойнике, обеспечивая наглядную визуализацию.
• Применение: Система позволяет оперативно и точно корректировать условия среды (например, температуру в теплице) и ускоряет анализ физических характеристик новых сортов растений, что может ускорить процессы селекции сельскохозяйственных культур.

«Эта система цифрового двойника может использоваться для непрерывного и неинвазивного мониторинга физических характеристик растений в различных условиях», — сказала со-руководитель исследования доцент Ынён Чхе.

Исследование, включая процесс изготовления и результаты испытаний, было опубликовано в журнале Science Advances. В будущем команда планирует интегрировать в e-skin больше функций, таких как датчики влажности и химические сенсоры, для более комплексного мониторинга.