Nguồn đất và nước ngày càng khan hiếm đã thúc đẩy sự phát triển của nông nghiệp chính xác, sử dụng công nghệ cảm biến từ xa để theo dõi dữ liệu môi trường không khí và đất theo thời gian thực nhằm tối ưu hóa năng suất cây trồng. Việc tối đa hóa tính bền vững của các công nghệ này rất quan trọng để quản lý môi trường một cách hiệu quả và giảm chi phí.
Mới đây, trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Sustainable Systems, các nhà nghiên cứu tại Đại học Osaka đã phát triển công nghệ cảm biến độ ẩm đất không dây có khả năng phân hủy sinh học cao. Công trình này là một cột mốc quan trọng trong việc giải quyết những vướng mắc kỹ thuật còn tồn tại trong nông nghiệp chính xác, chẳng hạn như việc xử lý an toàn các thiết bị cảm biến đã qua sử dụng.
Trong bối cảnh dân số toàn cầu tiếp tục tăng trưởng, việc tối ưu hóa năng suất nông nghiệp và giảm thiểu sử dụng đất và nước trở nên thiết yếu. Nông nghiệp chính xác hướng đến giải quyết những nhu cầu trái ngược này bằng cách sử dụng mạng lưới cảm biến để thu thập thông tin môi trường, từ đó phân bổ nguồn lực một cách hợp lý cho đất nông nghiệp khi và ở nơi cần thiết.
Máy bay không người lái và vệ tinh có thể thu thập được rất nhiều thông tin, nhưng chúng không phải là phương pháp 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 cần được lắp đặt trên mặt đất với mật độ cao. Nếu cảm biến không phân hủy sinh học, nó phải được thu gom khi hết hạn sử dụng, 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, nguồn điện không dây và camera chụp 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 quả truyền năng lượng không dây đến cảm biến tỷ lệ thuận với nhiệt độ của bộ phận gia nhiệt của cảm biến và độ ẩm của đất xung quanh. Ví dụ, khi tối ưu hóa vị trí và góc đặt cảm biến trên đất bằng phẳng, việc tăng độ ẩm đất từ 5% lên 30% sẽ làm giảm hiệu quả truyền tải từ khoảng 46% xuống khoảng 3%. Camera ảnh nhiệt sau đó sẽ chụp ảnh khu vực để đồng thời thu thập dữ liệu về độ ẩm đất và vị trí cảm biến. Vào cuối mùa thu hoạch, các cảm biến có thể được chôn trong đất để phân hủy sinh học.
“Chúng tôi đã chụp ảnh thành công các khu vực có độ ẩm đất không đủ bằng cách sử dụng 12 cảm biến trên một khu vực thử nghiệm rộng 0,4 x 0,6 mét,” Kasuga cho biết. “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 điều kiện không lý tưởng, chẳng hạn như vị trí đặt cảm biến không tốt và góc dốc trên đất thô, và có thể cả các chỉ số khác về môi trường đất ngoài độ ẩm, có thể dẫn đến việc sử dụng rộng rãi công nghệ này trong cộng đồng nông nghiệp toàn cầu.
Thời gian đăng bài: 30/04/2024