Устойчивое умное земледелие с биоразлагаемым датчиком влажности почвы

Ограниченные ресурсы земли и воды стимулируют развитие точного земледелия, которое использует технологии дистанционного зондирования для мониторинга данных о состоянии воздуха и почвы в реальном времени. Устойчивость таких технологий критически важна.

Исследователи из Университета Осаки разработали технологию беспроводного питания для датчиков влажности почвы, которые в значительной степени биоразлагаемы. Работа опубликована в Advanced Sustainable Systems.

Проблема и решение

Для точного земледелия необходимы сети наземных датчиков, установленных с высокой плотностью. Небиоразлагаемые датчики требуют трудоемкого сбора после использования. Целью работы было совместить электронную функциональность и биоразлагаемость.

Устройство системы

Система включает:

• Несколько датчиков
• Беспроводной источник питания
• Тепловизор для сбора и передачи данных

Наземные компоненты экологичны: подложка из нанобумаги, защитное покрытие из натурального воска, углеродный нагреватель и токопроводящие линии из олова.

Принцип работы

Эффективность беспроводной передачи энергии к датчику зависит от температуры его нагревателя и влажности окружающей почвы. Например, при увеличении влажности почвы с 5% до 30% эффективность передачи падает с ~46% до ~3%. Тепловизор фиксирует изображения области, собирая одновременно данные о влажности и местоположении датчиков. После сезона датчики можно запахать в почву для биоразложения.

Результаты

В демонстрационном поле размером 0,4×0,6 метра с помощью 12 датчиков удалось визуализировать зоны дефицита влаги в почве. Это подтверждает работоспособность системы при высокой плотности сенсоров, необходимой для точного земледелия.

Перспективы

Технология может оптимизировать точное земледелие в условиях нехватки ресурсов. Дальнейшая работа будет направлена на максимизацию производительности в неидеальных условиях (неровная почва, нерегулярное положение датчиков) и возможное расширение для мониторинга других параметров почвы.