Un senzor ieftin monitorizează continuu pH-ul solului timp de luni de zile, în diferite tipuri de sol
Cercetătorii din cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică Paul M. Rady de la Universitatea din Colorado Boulder au dezvoltat un senzor electronic cu cost redus, capabil să monitorizeze continuu pH-ul solului. Dispozitivul oferă o nouă perspectivă asupra proceselor chimice și biologice care au loc sub suprafața pământului și ar putea ajuta fermierii să detecteze mai repede schimbările din sol și să ia decizii mai informate.
Studiul, condus de doctorandul Juan Cisneros Barba, a fost publicat recent în revista Scientific Reports. El marchează cel mai recent progres al echipei conduse de Gregory Whiting, profesor și lider al Laboratorului de Electronică și Fabricare Experimentală Boulder (BEEM Lab).
„În multe cazuri, în momentul în care fermierii descoperă că ceva nu este în regulă cu solul sau cu plantele lor, fereastra pentru un tratament eficient s-ar putea să fi trecut deja”, a declarat Gregory Whiting. „Monitorizarea continuă a acestor factori ne poate ajuta să gestionăm mai bine terenurile agricole și să ne securizăm producția de alimente.”
pH-ul, „variabila principală” din agricultură
Puține măsurători au o greutate mai mare în agricultură decât pH-ul solului. Numit adesea „variabila principală”, acesta influențează aproape totul într-o fermă, de la disponibilitatea nutrienților până la creșterea plantelor.
În ciuda importanței sale, urmărirea pH-ului vine cu provocări. „Senzorii tradiționali de pH nu sunt adesea foarte potriviți pentru sol. Gândiți-vă la un mic bulb de sticlă, fragil, care trebuie recalibrat foarte des”, a explicat Whiting, care este afiliat și Programului de Știința și Ingineria Materialelor. „Măsurătoarea pe care o oferă derivează în timp și se modifică în funcție de mediu. Acest lucru impune ca senzorii să fie recalibrați frecvent și manual, ceea ce poate fi incomod.”
Din acest motiv, grupul s-a orientat către un nou tip de senzor electronic care utilizează un colorant sensibil la pH numit alizarină, pentru a oferi citiri mai fiabile. Dispozitivul în sine nu este neapărat nou — oameni de știință din întreaga lume, inclusiv Whiting și echipa sa, studiază această tehnologie de ani de zile și au demonstrat că funcționează în condiții simple și poate fi imprimată eficient la cost redus. Totuși, rămânea o întrebare critică: ar putea monitoriza fiabil solul real, în afara laboratorului, timp de săptămâni sau chiar luni?
Teste pe mai multe tipuri de sol
Pentru a afla răspunsul, cercetătorii au îngropat o serie de senzori electrochimici în diferite tipuri de sol. Unele mostre aveau un conținut mai mare de materie organică, altele erau mai nisipoase sau mai mlăștinoase, incluzând atât soluri compactate, cât și necompactate, pentru a imita condițiile variabile din câmp.
Echipa a îmbunătățit și senzorul original, trecând la un design bazat pe plăci de circuit, mai ușor de fabricat. Prin asocierea acestuia cu un sistem de citire ieftin, care poate fi folosit pe teren, tehnologia a devenit mai practică pentru distribuire și utilizare în exterior.
Rezultatele au depășit așteptările echipei. Pe multiple tipuri de sol, senzorul reproiectat a oferit măsurători fiabile și continue ale pH-ului timp de luni de zile, iar un test de monitorizare în aer liber, desfășurat pe parcursul mai multor luni, a arătat o performanță stabilă, fără necesitatea unei recalibrări constante.
Pentru Whiting, aceasta este cea mai puternică dovadă de până acum că aceste electronice imprimate, cu cost redus și alimentate cu baterii, pot depăși stadiul de laborator și pot pătrunde în medii agricole reale. „Este vorba în esență despre utilitate”, a spus el. „Aceste dispozitive costă aproape nimic de fabricat, funcționează cu un efort uman minim și pot fi utilizate în diverse tipuri de sol, ceea ce permite tehnologiei să fie cu adevărat utilă în ferme.”
