Tài nguyên đất và nước ngày càng hạn chế đã thúc đẩy sự phát triển của nông nghiệp chính xác, sử dụng công nghệ cảm biến từ xa để giám sát dữ liệu môi trường không khí và đất theo thời gian thực, giúp tối ưu hóa năng suất cây trồng. Việc tối đa hóa tính bền vững của các công nghệ này là rất quan trọng để quản lý môi trường đúng cách và giảm chi phí.
Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Advanced Sustainable Systems, các nhà nghiên cứu tại Đại học Osaka đã phát triển một công nghệ cảm biến độ ẩm đất không dây có khả năng phân hủy sinh học. Công trình này là một cột mốc quan trọng trong việc giải quyết những hạn chế kỹ thuật còn tồn tại trong nông nghiệp chính xác, chẳng hạn như việc xử lý an toàn thiết bị cảm biến đã qua sử dụng.
Khi dân số toàn cầu tiếp tục tăng, việc tối ưu hóa năng suất nông nghiệp và giảm thiểu sử dụng đất và nước là điều thiết yếu. Nông nghiệp chính xác hướng đến việc giải quyết những nhu cầu xung đột này bằng cách sử dụng mạng lưới cảm biến để thu thập thông tin môi trường, từ đó phân bổ tài nguyên hợp lý cho đất nông nghiệp khi cần thiết và ở đúng nơi cần thiết.
Máy bay không người lái và vệ tinh có thể thu thập rất nhiều thông tin, nhưng chúng không lý tưởng để xác định độ ẩm và mức độ ẩm của đất. Để thu thập dữ liệu tối ưu, các thiết bị đo độ ẩm nên được lắp đặt trên mặt đất với mật độ cao. Nếu cảm biến không thể phân hủy sinh học, nó phải được thu thập khi hết vòng đời, điều này có thể tốn nhiều công sức và không thực tế. Mục tiêu của nghiên cứu hiện tại là đạt được chức năng điện tử và khả năng phân hủy sinh học trong cùng một công nghệ.
“Hệ thống của chúng tôi bao gồm nhiều cảm biến, bộ cấp nguồn không dây và camera ảnh nhiệt để thu thập và truyền dữ liệu cảm biến và vị trí”, Takaaki Kasuga, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích. “Các thành phần trong đất chủ yếu thân thiện với môi trường và bao gồm giấy nano, chất nền, lớp phủ bảo vệ bằng sáp tự nhiên, bộ gia nhiệt carbon và dây dẫn thiếc.”
Công nghệ này dựa trên thực tế là hiệu suất truyền năng lượng không dây đến cảm biến tương ứng với nhiệt độ của bộ gia nhiệt cảm biến và độ ẩm của đất xung quanh. Ví dụ, khi tối ưu hóa vị trí và góc cảm biến trên đất mịn, việc tăng độ ẩm đất từ 5% lên 30% sẽ làm giảm hiệu suất truyền từ ~46% xuống ~3%. Camera ảnh nhiệt sau đó sẽ chụp ảnh khu vực để thu thập đồng thời dữ liệu về độ ẩm đất và vị trí cảm biến. Vào cuối mùa thu hoạch, các cảm biến có thể được chôn xuống đất để phân hủy sinh học.
“Chúng tôi đã chụp ảnh thành công các khu vực đất thiếu độ ẩm bằng 12 cảm biến trong một cánh đồng trình diễn kích thước 0,4 x 0,6 mét”, Kasuga nói. “Kết quả là, hệ thống của chúng tôi có thể xử lý mật độ cảm biến cao cần thiết cho nông nghiệp chính xác.”
Công trình này có tiềm năng tối ưu hóa nông nghiệp chính xác trong một thế giới ngày càng khan hiếm tài nguyên. Việc tối đa hóa hiệu quả công nghệ của các nhà nghiên cứu trong những điều kiện không lý tưởng, chẳng hạn như vị trí đặt cảm biến và góc dốc kém trên đất thô, và có lẽ cả các chỉ số khác về môi trường đất ngoài độ ẩm đất, có thể dẫn đến việc công nghệ này được cộng đồng nông nghiệp toàn cầu sử dụng rộng rãi.
Thời gian đăng: 30-04-2024