Солнечный датчик качества воды для удаленного мониторинга загрязнения в рыбоводческих прудах
Солнечные датчики качества воды могут помочь рыбоводам защитить водные активы и обеспечить продовольственную безопасность.
Аквакультура обеспечивает более половины мировых морепродуктов, а за последние 10 лет прибыль от глобального рыбоводства выросла вчетверо, превысив $230 млрд в год. Однако загрязнение от промышленной деятельности проникает в коммерческие пруды, вызывая гибель рыбы на миллионы долларов. Например, сельскохозяйственные удобрения повышают содержание питательных веществ в воде, приводя к цветению водорослей. При разложении водоросли потребляют запас кислорода, вызывая удушье рыбы.
Контролируя качество воды, рыбоводы могут действовать при обнаружении вредных уровней загрязнения. Однако большинство коммерческих датчиков отслеживают только один параметр (кислотность или уровень кислорода) на отдельных устройствах, которые фермер должен проверять вручную. Многофункциональные аналоги громоздки, дороги и требуют эксперта-оператора.
Инженер-электрик Мухаммад Хуссейн и его команда создали небольшой автономный датчик, который отслеживает несколько характеристик качества воды и передает данные по Bluetooth.
Исследователи построили эту мультисенсорную систему, используя многомерную интегральную схему (MD-IC). «Интеграция различных функций на один компьютерный чип сложна и дорога, — объясняет ведущий автор Назек Эль-Атаб. — Но мы объединили несколько чипов в куб так, чтобы каждая грань служила разной цели». Соединенные чипы затем действуют как одно устройство.
Куб спроектирован так, чтобы плавать сенсорами для pH, температуры, солености и уровня аммиака на нижней стороне. Корпус утяжелен, чтобы обеспечить это положение даже при помехах от рыбы. «Фермер может просто бросить устройство в воду, и оно само повернется в правильное положение», — говорит Назек.
Другие внешние грани включают датчики для мониторинга загрязнения воздуха, солнечные элементы для зарядки батареи, герметично закрытой внутри куба, и антенну для передачи данных по Bluetooth на мобильный телефон. «Концепция MD-IC уникальна, так как открывает возможности для единых устройств с приложениями интернета вещей», — объясняет Хуссейн.
Предотвращение ненужной гибели рыбы — важный шаг к продовольственной безопасности. «Саудовская Аравия инвестирует 3,5 миллиарда долларов США в аквакультуру, чтобы производить 600 000 тонн морепродуктов в год к 2030 году», — говорит Назек. Команда надеется, что их датчики поддержат эту цель, но также считает, что маленькие кубы могут иметь большое будущее за пределами рыбоводческих хозяйств. «Их можно отправлять по нефтепроводам для сбора данных о качестве нефти», — добавляет она.
Исследователи работают над улучшением технологии самоохлаждения устройства, чтобы предотвратить его перегрев. Следующим шагом будут полевые испытания.
Также важной для исследования была помощь студентов-стажеров летней программы из Университета принцессы Нуры, крупнейшего женского университета Саудовской Аравии. «Это демонстрирует приверженность KAUST сотрудничеству с университетами внутри королевства», — говорит Хуссейн.