يستخدم باحثون من جامعة أوساكا أجهزة مستشعر رطوبة التربة قابلة للتحلل لقياس بيانات رطوبة التربة ونقلها لاسلكيًّا. والتي قد تساعد مع مزيد من التطوير في إطعام عدد متزايد من سكان العالم. مع تقليل استخدام الموارد للأراضي الزراعية.
ألهمت محدودية موارد الأراضي والمياه على نحو متزايد تطوير الزراعة الدقيقة استخدام تكنولوجيا الاستشعار عن بعد. لرصد البيانات البيئية للهواء والتربة في الوقت الحقيقي. وللمساعدة في تحسين إنتاج المحاصيل، لأن تعظيم استدامة هذه التكنولوجيا أمر بالغ الأهمية للإدارة البيئية السليمة وخفض التكاليف.
تفاصيل الدراسة
وفي دراسة نشرت مؤخرًا في مجلة الأنظمة المستدامة المتقدمة، طور باحثون من جامعة أوساكا تقنية استشعار رطوبة التربة تعمل لاسلكيًا. وهي قابلة للتحلل البيولوجي إلى حد كبير، وبالتالي يمكن تركيبها بكثافة عالية.
ويعد هذا العمل معلمًا مهمًا في إزالة الاختناقات التقنية المتبقية في الزراعة الدقيقة. مثل التخلص الآمن من أجهزة الاستشعار المستخدمة.
مع تزايد عدد سكان العالم، من الضروري تحسين الإنتاج الزراعي مع تقليل استخدام الأراضي والمياه. كما تهدف الزراعة الدقيقة إلى تلبية هذه الاحتياجات المتضاربة عن طريق استخدام شبكات الاستشعار لجمع المعلومات البيئية لتخصيص الموارد بشكل صحيح للأراضي الزراعية متى وأينما تكون هناك حاجة إلى هذه الموارد.
ويمكن للطائرات بدون طيار والأقمار الصناعية التقاط الكثير من المعلومات ولكنها ليست مثالية لاستنتاج مستويات الرطوبة والتربة. للحصول على أفضل جمع للبيانات، كما ينبغي تركيب أجهزة استشعار الرطوبة على مستوى الأرض بكثافة عالية.
وإذا كانت أجهزة الاستشعار غير قابلة للتحلل بيولوجيًّا، فيجب جمعها في نهاية فترة خدمتها. وهو ما قد يتطلب عمالة كثيفة، مما يجعلها غير عملية. إن تحقيق كل من الوظيفة الإلكترونية وقابلية التحلل الحيوي في تقنية واحدة هو هدف العمل الحالي.
توضيح صاحب الدراسة
يوضح تاكاكي كاسوجا، المؤلف الرئيسي للدراسة: “يتكون نظامنا من عدة أجهزة استشعار، ومصدر طاقة لاسلكي، وكاميرا حرارية للحصول على بيانات الاستشعار والموقع ونقلها”. “المكونات الموجودة في التربة صديقة للبيئة إلى حد كبير؛ وتتكون من ركيزة من ورق النانو، وطلاء واقي من الشمع الطبيعي، وسخان كربون، وخطوط موصلة من القصدير”.
أساس هذه التقنية هو أن كفاءة نقل الطاقة لاسلكيًا إلى المستشعر تتوافق مع درجة حرارة سخان المستشعر ومحتوى الرطوبة في التربة المحيطة. فعلى سبيل المثال، في مواضع وزوايا المستشعر المحسنة على التربة الملساء. تؤدي زيادة محتوى رطوبة التربة من 5% إلى 30% إلى تقليل كفاءة النقل من ~46% إلى ~3%.
وتقوم الكاميرا الحرارية بعد ذلك بالتقاط صور للمنطقة لجمع بيانات محتوى رطوبة التربة وبيانات موقع المستشعر في وقت واحد. وفي نهاية موسم المحاصيل، يمكن حرث أجهزة الاستشعار في التربة من أجل التحلل البيولوجي.
يقول كاسوجا: “لقد نجحنا في تصور مناطق نقص رطوبة التربة باستخدام 12 جهاز استشعار في حقل تجريبي يبلغ طوله 0.4 متر في 0.6 متر”. “وهكذا، يعمل نظامنا بكثافة أجهزة الاستشعار العالية اللازمة للزراعة الدقيقة”.
هذا العمل لديه القدرة على تحسين الزراعة الدقيقة لعالم محدود الموارد بشكل متزايد. كما أن تعظيم أداء تكنولوجيا الباحثين في ظل ظروف غير مثالية (مثل مواقع الاستشعار غير المنتظمة والزوايا على التربة الخشنة). وربما لمقاييس بيئية أخرى للتربة إلى جانب مستويات رطوبة التربة، قد يسهل اعتمادها على نطاق واسع من قبل المجتمع الزراعي العالمي.
اقرأ أيضًا:
تقرير: شركة أبل قد تستخدم Vision Pro لعلاج الأمراض العقلية