Forscher arbeiten an biologisch abbaubaren Sensoren zur Messung und drahtlosen Übertragung von Bodenfeuchtigkeitsdaten. Bei weiterer Entwicklung könnten diese Sensoren dazu beitragen, die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren und gleichzeitig den Verbrauch landwirtschaftlicher Flächen zu minimieren.
Abbildung: Vorgeschlagenes Sensorsystem. a) Übersicht des vorgeschlagenen Sensorsystems mit einem abbaubaren Sensor. b) Wird der im Boden befindliche, abbaubare Sensor drahtlos mit Strom versorgt, aktiviert sich dessen Heizelement. Die Position des Sensors wird durch die Lage des Hotspots bestimmt, und die Temperatur des Heizelements ändert sich in Abhängigkeit von der Bodenfeuchtigkeit. Daher wird die Bodenfeuchtigkeit anhand der Hotspot-Temperatur gemessen. c) Nach Gebrauch wird der abbaubare Sensor im Boden vergraben. Die am Sockel des Sensors befindlichen Düngemittel werden dann in den Boden freigesetzt und fördern so das Pflanzenwachstum. Mehr erfahren
Vorgeschlagenes Sensorsystem. a) Übersicht des vorgeschlagenen Sensorsystems mit einem abbaubaren Sensor. b) Wird der im Boden befindliche, abbaubare Sensor drahtlos mit Strom versorgt, aktiviert sich dessen Heizelement. Die Position des Sensors wird durch die Lage des Hotspots bestimmt, und die Temperatur des Heizelements ändert sich in Abhängigkeit von der Bodenfeuchtigkeit. Daher wird die Bodenfeuchtigkeit anhand der Hotspot-Temperatur gemessen. c) Nach Gebrauch wird der abbaubare Sensor im Boden vergraben. Die an der Basis des Sensors befindlichen Düngemittelbestandteile werden dann in den Boden freigesetzt und fördern so das Pflanzenwachstum.
Sie sind biologisch abbaubar und können daher in hoher Dichte installiert werden. Diese Arbeit stellt einen wichtigen Meilenstein bei der Bewältigung verbleibender technischer Hürden in der Präzisionslandwirtschaft dar, wie beispielsweise der sicheren Entsorgung gebrauchter Sensortechnik.
Angesichts des anhaltenden globalen Bevölkerungswachstums ist die Optimierung landwirtschaftlicher Erträge bei gleichzeitiger Minimierung des Land- und Wasserverbrauchs unerlässlich. Präzisionslandwirtschaft zielt darauf ab, diesen Zielkonflikt durch den Einsatz von Sensornetzwerken zur Erfassung von Umweltdaten zu lösen, um Ressourcen bedarfsgerecht und bedarfsgerecht auf landwirtschaftlichen Flächen einzusetzen. Drohnen und Satelliten liefern zwar umfangreiche Informationen, eignen sich jedoch nicht optimal zur Bestimmung von Bodenfeuchte und Feuchtigkeitsgehalten. Für eine optimale Datenerfassung sollten Feuchtigkeitsmessgeräte in hoher Dichte am Boden installiert werden. Ist der Sensor nicht biologisch abbaubar, muss er am Ende seiner Lebensdauer entsorgt werden, was arbeitsintensiv und unpraktisch sein kann. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, elektronische Funktionalität und biologische Abbaubarkeit in einer einzigen Technologie zu vereinen.
Am Ende der Erntesaison können die Sensoren im Boden vergraben werden, um sich biologisch abzubauen.
Veröffentlichungsdatum: 18. Januar 2024