Nachhaltige, intelligente Landwirtschaft mit biologisch abbaubarem Bodenfeuchtesensor

Immer knapper werdende Land- und Wasserressourcen haben die Entwicklung der Präzisionslandwirtschaft vorangetrieben, die Fernerkundungstechnologie nutzt, um Luft- und Bodenumweltdaten in Echtzeit zu überwachen und so zur Optimierung der Ernteerträge beizutragen.Die Maximierung der Nachhaltigkeit solcher Technologien ist entscheidend, um die Umwelt richtig zu verwalten und Kosten zu senken.
Nun haben Forscher der Universität Osaka in einer kürzlich in der Fachzeitschrift Advanced Sustainable Systems veröffentlichten Studie eine drahtlose Technologie zur Messung der Bodenfeuchtigkeit entwickelt, die weitgehend biologisch abbaubar ist.Diese Arbeit ist ein wichtiger Meilenstein bei der Beseitigung verbleibender technischer Engpässe in der Präzisionslandwirtschaft, wie beispielsweise der sicheren Entsorgung gebrauchter Sensorausrüstung.
Da die Weltbevölkerung weiter wächst, ist die Optimierung der landwirtschaftlichen Erträge und die Minimierung des Land- und Wasserverbrauchs von entscheidender Bedeutung.Ziel der Präzisionslandwirtschaft ist es, diese widersprüchlichen Bedürfnisse durch den Einsatz von Sensornetzwerken zum Sammeln von Umweltinformationen anzugehen, sodass Ressourcen den landwirtschaftlichen Flächen angemessen zugewiesen werden können, wann und wo sie benötigt werden.
Drohnen und Satelliten können eine Fülle von Informationen sammeln, sind jedoch nicht ideal für die Bestimmung der Bodenfeuchtigkeit und des Feuchtigkeitsgehalts.Für eine optimale Datenerfassung sollten Feuchtigkeitsmessgeräte in hoher Dichte am Boden installiert werden.Wenn der Sensor nicht biologisch abbaubar ist, muss er am Ende seiner Lebensdauer eingesammelt werden, was arbeitsintensiv und unpraktisch sein kann.Das Ziel der aktuellen Arbeit ist es, elektronische Funktionalität und biologische Abbaubarkeit in einer Technologie zu erreichen.
„Unser System umfasst mehrere Sensoren, eine drahtlose Stromversorgung und eine Wärmebildkamera, um Erfassungs- und Standortdaten zu sammeln und zu übertragen“, erklärt Takaaki Kasuga, Hauptautor der Studie.„Die Bestandteile im Boden sind größtenteils umweltfreundlich und bestehen aus Nanopapier.Substrat, Schutzbeschichtung aus natürlichem Wachs, Kohlenstoffheizung und Zinnleiterdraht.“
Die Technologie basiert auf der Tatsache, dass die Effizienz der drahtlosen Energieübertragung zum Sensor von der Temperatur der Sensorheizung und der Feuchtigkeit des umgebenden Bodens abhängt.Wenn beispielsweise die Position und der Winkel des Sensors auf glattem Boden optimiert werden, reduziert eine Erhöhung der Bodenfeuchtigkeit von 5 % auf 30 % die Übertragungseffizienz von ~46 % auf ~3 %.Die Wärmebildkamera erfasst dann Bilder des Gebiets, um gleichzeitig Bodenfeuchtigkeits- und Sensorstandortdaten zu erfassen.Am Ende der Erntesaison können die Sensoren zum biologischen Abbau im Boden vergraben werden.
„Mit 12 Sensoren in einem 0,4 x 0,6 Meter großen Demonstrationsfeld konnten wir erfolgreich Bereiche mit unzureichender Bodenfeuchtigkeit abbilden“, sagte Kasuga.„Dadurch kann unser System die hohe Sensordichte bewältigen, die für die Präzisionslandwirtschaft erforderlich ist.“
Diese Arbeit hat das Potenzial, die Präzisionslandwirtschaft in einer immer knapper werdenden Welt zu optimieren.Die Maximierung der Wirksamkeit der Technologie der Forscher unter nicht idealen Bedingungen, wie z. B. schlechter Sensorplatzierung und Neigungswinkel auf groben Böden und möglicherweise anderen Indikatoren der Bodenumgebung über die Bodenfeuchtigkeit hinaus, könnte zu einer weit verbreiteten Nutzung der Technologie in der globalen Landwirtschaft führen Gemeinschaft.