Shuohao Cai, një student doktorature në shkencën e tokës, vendos një shufër sensori me një afishe sensori shumëfunksionale që lejon matje në thellësi të ndryshme në tokë në Stacionin e Kërkimeve Bujqësore Hancock të Universitetit të Wisconsin-Madison.
MADISON — Inxhinierët e Universitetit të Wisconsin-Madison kanë zhvilluar sensorë me kosto të ulët që mund të ofrojnë monitorim të vazhdueshëm dhe në kohë reale të nitrateve në llojet e zakonshme të tokës në Wisconsin. Këta sensorë elektrokimikë të shtypur mund t'i ndihmojnë fermerët të marrin vendime më të informuara për menaxhimin e lëndëve ushqyese dhe të realizojnë përfitime ekonomike.
“Sensorët tanë mund t’u japin fermerëve një kuptim më të mirë të gjendjes ushqyese të tokës së tyre dhe sasisë së nitratit në dispozicion të bimëve të tyre, duke i ndihmuar ata të vendosin më saktë se sa pleh u nevojitet në të vërtetë”, tha Joseph Andrews, profesor asistent në Universitetin e Harvardit. Studimi u drejtua nga Shkolla e Inxhinierisë Mekanike në Universitetin e Wisconsin-Madison. “Nëse ata mund të zvogëlojnë sasinë e plehrave që blejnë, kursimet e kostos mund të jenë të konsiderueshme për fermat më të mëdha.”
Nitratet janë një lëndë ushqyese thelbësore për rritjen e të korrave, por nitratet e tepërta mund të rrjedhin nga toka dhe të hyjnë në ujërat nëntokësore. Ky lloj ndotjeje është i dëmshëm për njerëzit që pinë ujë të ndotur pusi dhe është i dëmshëm për mjedisin. Sensori i ri i studiuesve mund të përdoret gjithashtu si një mjet kërkimor bujqësor për të monitoruar rrjedhjen e nitrateve dhe për të ndihmuar në zhvillimin e praktikave më të mira për zbutjen e efekteve të tij të dëmshme.
Metodat aktuale për monitorimin e nitrateve të tokës kërkojnë shumë punë, janë të kushtueshme dhe nuk ofrojnë të dhëna në kohë reale. Kjo është arsyeja pse eksperti i elektronikës së printuar Andrews dhe ekipi i tij nisën të krijonin një zgjidhje më të mirë dhe më pak të kushtueshme.
Në këtë projekt, studiuesit përdorën një proces printimi me bojë për të krijuar një sensor potenciometrik, një lloj sensori elektrokimik me film të hollë. Sensorët potenciometrikë përdoren shpesh për të matur me saktësi nitratin në tretësira të lëngshme. Megjithatë, këta sensorë në përgjithësi nuk janë të përshtatshëm për përdorim në mjedise toke sepse grimcat e mëdha të tokës mund t'i gërvishtin sensorët dhe të pengojnë matjet e sakta.
“Sfida kryesore që po përpiqeshim të zgjidhnim ishte të gjenim një mënyrë për t’i bërë këta sensorë elektrokimikë të funksiononin siç duhet në kushte të vështira të tokës dhe të zbulonin me saktësi jonet e nitratit”, tha Andrews.
Zgjidhja e ekipit ishte vendosja e një shtrese fluori poliviniliden në sensor. Sipas Andrews, ky material ka dy karakteristika kryesore. Së pari, ka pore shumë të vogla, rreth 400 nanometra në madhësi, të cilat lejojnë që jonet e nitratit të kalojnë duke bllokuar grimcat e tokës. Së dyti, është hidrofil, domethënë tërheq ujin dhe e thith atë si një sfungjer.
“Pra, çdo ujë i pasur me nitrat do të depërtojë me përparësi në sensorët tanë, gjë që është me të vërtetë e rëndësishme sepse toka është gjithashtu si një sfungjer dhe do ta humbisni betejën për sa i përket lagështirës që hyn në sensor nëse nuk mund të arrini të njëjtën thithje uji. Potenciali i tokës”, tha Andrews. “Këto veti të shtresës së fluorit të polivinilidenit na lejojnë të nxjerrim ujë të pasur me nitrat, ta dërgojmë atë në sipërfaqen e sensorit dhe të zbulojmë me saktësi nitratin.”
Studiuesit detajuan progresin e tyre në një punim të botuar në mars 2024 në revistën Advanced Materials Technology.
Ekipi testoi sensorin e tyre në dy lloje të ndryshme toke të lidhura me Uiskonsinin - toka ranore, të zakonshme në pjesët veri-qendrore të shtetit, dhe toka argjilore, të zakonshme në Uiskonsinin jugperëndimor - dhe zbuloi se sensorët prodhuan rezultate të sakta.
Studiuesit tani po e integrojnë sensorin e tyre të nitratit në një sistem sensorësh shumëfunksionalë që e quajnë "ngjitës sensori", në të cilin tre lloje të ndryshme sensorësh janë montuar në një sipërfaqe plastike fleksibile duke përdorur një mbështetëse ngjitëse. Ngjitëset përmbajnë gjithashtu sensorë lagështie dhe temperature.
Studiuesit do të ngjisin disa ngjitëse ndijore në një shtyllë, do t'i vendosin ato në lartësi të ndryshme dhe pastaj do ta varrosin shtyllën në dhe. Ky konfigurim u lejoi atyre të merrnin matje në thellësi të ndryshme të tokës.
“Duke matur nitratin, lagështinë dhe temperaturën në thellësi të ndryshme, tani mund të përcaktojmë sasinë e procesit të rrjedhjes së nitratit dhe të kuptojmë se si lëviz nitrati nëpër tokë, gjë që nuk ishte e mundur më parë”, tha Andrews.
Në verën e vitit 2024, studiuesit planifikojnë të vendosin 30 shufra sensorësh në tokë në Stacionin e Kërkimeve Bujqësore Hancock dhe Stacionin e Kërkimeve Bujqësore Arlington në Universitetin e Wisconsin-Madison për të testuar më tej sensorin.
Koha e postimit: 09 korrik 2024