大阪大学的研究人员使用可生物降解的传感器来测量和无线传输土壤湿度数据，随着进一步的发展，这可能有助于养活不断增长的全球人口，同时最大限度地减少耕地资源的使用
日益有限的土地和水资源激发了精准农业的发展:利用遥感技术实时监测空气和土壤环境数据，以帮助优化作物产量。最大限度地提高这种技术的可持续性对适当的环境管理和降低成本至关重要。
现在，在最近发表在《先进可持续系统》上的一项研究中，大阪大学的研究人员开发了一种无线供电的土壤湿度传感技术，这种技术在很大程度上是可生物降解的，因此可以高密度安装。这项工作是消除精准农业中剩余技术瓶颈的一个重要里程碑，例如安全处理使用过的传感器设备。
随着全球人口的不断增加，优化农业产量同时最大限度地减少土地和水的使用势在必行。精准农业旨在通过使用传感器网络来收集环境信息，以便在需要的时间和地点将资源适当地分配给农田，从而满足这些相互冲突的需求。无人机和卫星可以捕获很多信息，但在推断湿度和土壤湿度水平方面并不理想。为了获得最佳的数据收集，湿度传感装置必须安装在高密度的地面上。如果传感器不能生物降解，它们必须在使用寿命结束时收集，这可能是劳动密集型的，使它们变得不切实际。在一种技术中实现电子功能和生物降解性是本研究的目标。
该研究的主要作者Takaaki Kasuga解释说:“我们的系统包括几个传感器，一个无线电源和一个用于获取和传输传感和位置数据的热像仪。”“土壤中的成分基本上是生态友好的;由纳米纸衬底、天然蜡保护涂层、碳加热器和锡导线组成。”
该技术的基础是无线电力传输到传感器的效率与传感器加热器的温度和周围土壤的水分含量相对应。例如，在光滑土壤上，在优化的传感器位置和角度下，土壤含水量从5%增加到30%，传输效率从~46%降低到~3%。然后，热像仪捕获该区域的图像，同时收集土壤含水量数据和传感器位置数据。在作物季节结束时，传感器可以被埋入土壤进行生物降解。
Kasuga说:“我们在一个0.4米乘0.6米的示范田中使用了12个传感器，成功地可视化了土壤水分不足的区域。”“因此，我们的系统可以在精准农业所需的高传感器密度下工作。”
这项工作有可能为资源日益有限的世界优化精准农业。最大化研究人员的技术在非理想条件下(如粗糙土壤上不规则的传感器位置和角度)的性能，以及除了土壤湿度水平之外的其他土壤环境指标，可能会促进全球农业社区的广泛采用。
图1
提出的传感系统。a)可降解传感装置传感系统概述。b)当无线供电给放置在土壤上的可降解传感器设备时，设备加热器启动。根据热点位置确定传感位置，加热器温度随土壤含水率变化;因此，土壤含水量是从热点温度开始测量的。c)使用后将可降解的传感器装置耕入土壤。随后，传感器装置的基质中的肥料成分被释放到土壤中，刺激作物生长。
来源:2023 Kasuga等人，用于精准和可持续农业的无线供电传感肥料。先进的可持续发展系统
图2。
a)可降解土壤水分传感器的组成及配置。b)与银(Ag)和铜(Cu)不同，作为导电材料的锡即使留在土壤中也不太可能对植物造成伤害。
来源:2023 Kasuga等人，用于精准和可持续农业的无线供电传感肥料。先进的可持续发展系统
图3
所研制的传感器大部分被土壤中的微生物分解，残留的成分也很环保。
来源:大阪大学
这篇题为“无线供电传感肥料用于精准和可持续农业”的文章发表在《先进可持续系统》杂志上，DOI: 10.1002/adsu.202300314。
