Rewolucyjne drukowane czujniki gleby zwiększają plony i obniżają koszty nawozów dla rolników.

WarsawInżynierowie z Uniwersytetu Wisconsin-Madison opracowali niedrogie czujniki, które nieustannie monitorują poziom azotanów w glebie. Te czujniki mogą pomóc rolnikom w podejmowaniu lepszych decyzji dotyczących użycia nawozów. Joseph Andrews, adiunkt inżynierii mechanicznej, który kieruje badaniami, twierdzi, że znajomość poziomu składników odżywczych w glebie pozwala rolnikom stosować odpowiednią ilość nawozów. To może przynieść znaczne oszczędności, zwłaszcza w przypadku dużych gospodarstw.

Tradycyjne metody sprawdzania poziomów azotanów są czasochłonne, kosztowne i nie dają natychmiastowych wyników. Aby temu zaradzić, Andrews i jego zespół opracowali tańszy i bardziej wydajny sposób, wykorzystując proces drukowania atramentowego do wytwarzania czujników potencjometrycznych. Te czujniki mogą dokładnie mierzyć azotany w cieczach, jednak zazwyczaj nie sprawdzają się w glebie. Szorstkie cząstki gleby mogą uszkadzać czujniki, co wpływa na dokładność odczytów.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy nałożyli na czujnik warstwę fluorku poliwinylidenu (PVDF). PVDF charakteryzuje się dwoma istotnymi właściwościami:

• Małe pory o rozmiarze 400 nanometrów, które przepuszczają jony azotanowe, jednocześnie blokując cząstki gleby.
• Właściwości hydrofilowe, które przyciągają wodę, pochłaniając wilgoć nasyconą azotanami.

Woda zawierająca azotany jest łatwo wchłaniana przez nasz czujnik zamiast przez glebę. Jest to istotne, ponieważ pozwala czujnikowi konkurować z glebą o wilgoć. Te cechy umożliwiają czujnikowi dokładne mierzenie wody z azotanami, jak stwierdził Andrews.

Zobacz również:

Dzisiaj · 01:33

Czy magia dźwięku oczaruje osoby niewidome?

Zespół opublikował swoje wyniki badań w marcu 2024 roku w czasopiśmie Advanced Material Technologies. Przetestowali sensory w dwóch typach gleby z Wisconsin: piaszczystej glebie z północno-centralnej części stanu i glebie gliniasto-pyłowej z południowo-zachodniego Wisconsin. Oba testy wykazały się dokładnymi wynikami.

Naukowcy dodają czujniki azotanów do nowego systemu nazwanego "naklejką sensoryczną." Te naklejki zawierają trzy czujniki, które mierzą zawartość azotanów, wilgotność i temperaturę. Są elastyczne i mają klejący spód. Badacze umieszczą kilka naklejek na pręcie na różnych wysokościach, a następnie zakopią pręt w glebie. Taki układ pozwoli im na dokonywanie pomiarów na różnych głębokościach.

Latem 2024 roku naukowcy będą testować swoje czujniki, umieszczając 30 prętów w glebie na stacjach badawczych UW-Madison w Hancock i Arlington. Fundacja Badawcza Absolwentów Wisconsin posiada zgłoszony patent na tę technologię.

Zespół badawczy składa się z Kuan-Yu Chena, Aatresha Biswas, Shuohao Cai oraz profesor nauk o glebie Jingyi Huang. Badanie zostało sfinansowane przez Inicjatywę Badawczą ds. Rolnictwa i Żywności USDA, grant Signals in the Soil z Narodowej Fundacji Nauki oraz Hub Innowacji Mleczarskich Uniwersytetu Wisconsin-Madison.