cookieOptions = {...}; .智慧農業再進一步,傳感器可以監測植物缺水狀況 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網
2018年3月5日 星期一

Automatic Watering System 

for Plants using Arduino




來源:eefocus


又忘了給你桌上的植物澆水嗎?它可能很快就能發出求救信號。

據麥姆斯咨詢報導,麻省理工學院的工程師們,發明瞭可以列印在植物葉子上的傳感器,一旦植物處於缺水狀態時,傳感器就會有提示訊息。

麻省理工學院化學工程學院的教授,同時也是是該項技術的發明者Michael Strano介紹這種技術,不僅可以救活被忽視的室內盆栽植物,更重要的應用是當農作物處於危險狀態時,發出預警。

「在農業領域,能對乾旱發出最早的指示,」Strano說,「很難用其他方式得到這些訊息。你可以把傳感器埋進土壤裡,或透過做衛星成像和繪圖,但是你永遠也不能得到具體某棵植物的水分狀態。」

Strano已經開始與大型農業生產商合作,將這類傳感器用於農作物。他認為,這項技術也可以被園丁和城市化農民所用。他認為,這可能也有助於研究人員,開發新的方法來培育抗旱植物。

麻省理工大學博士後Volodymyr Koman,也是該論文的主要作者。


(來源:麻省理工學院化學工程學院)


麻省理工學院的化學工程師,發明瞭可以檢測植物氣孔開閉的傳感器。

可列印的傳感器
當土壤變乾時,植物生長速度減慢,光合活性降低,對組織產生損害。有些植物開始枯萎,但有些植物在遭受重大損害之前並不顯露任何跡象。

麻省理工學院發明的傳感器,利用了植物的氣孔——葉子的水分透過其表面的小氣孔蒸發。當水分從葉子中蒸發時,植物中的水壓降低,從而透過叫做蒸騰作用的過程,從土壤中汲取水分。

植物生物學家雖然知道,氣孔在陽光下開放,並在黑暗中關閉,但對這種開合的動力學研究很少,因為目前還沒有即時的直接測量氣孔的好方法。

「氣孔對光、二氧化碳濃度、水分的反應機理,已經為人類所知,現在我們已經能夠連續監視這種反應,」Koman說,「而以前的方法無法得到這種訊息。」

為了製造這種傳感器,麻省理工學院的研究人員使用了一種由碳納米管製成的墨水,這種微小的空心碳管能導電,再溶解在一種被稱為「十二烷基硫酸鈉」的有機化合物中,並不會破壞氣孔。這種墨水可以印刷在氣孔上形成電路。

當氣孔閉合時,電路連通,電流可以透過將電路,連接到萬用表進行測量。當氣孔開放時,電路斷開,電流無法通過。這就允許了研究人員,精確測量某個單孔是開放還是閉合的。

經過幾天的測量,研究人員發現,在正常和乾燥的條件下,需要兩天時間才能發現植物的水分出現異常。他們發現,有光照後氣孔大約需7分鐘才會開放,當黑暗降臨時,要經歷53分鐘才能關閉,但這些反應在乾燥的條件下會發生變化。

研究人員發現,當植物水分缺失時,氣孔開放的平均時間為25分鐘,而氣孔關閉的時間減少到45分鐘。

明尼蘇達大學機械工程系副教授Michael McAlpine,雖然沒有參與這項研究,但他認為「這項工作是令人興奮的。因為這提供了直接印刷電子器件在植物,並長期監測植物對環境因素(如乾旱)產生的生理反應的可能性。」

乾旱預警
在這項研究中,研究人員在一種叫做「和平百合」的植物上對傳感器進行了。之所以選擇和平百合,是因為它的氣孔大。為了將墨水打印到葉子上,研究人員發明瞭一種帶有微流體通道的印刷模具。當模具被放置在葉子上時,流過通道的墨水被沈積在葉子表面。

麻省理工學院的研究小組正致力於一種新方法,只需簡單地在樹葉表面貼上一張「貼紙」來實現電子電路。研究人員建議,除了大型農業生產者之外,園丁和城市化農民應該對這種設備也有興趣。

「這對農業來講意義重大。特別是隨著氣候的變化,將出現水資源短缺和環境溫度變化的地區。」Koman說。

在工作中,Strano的實驗室正在探索創造傳感器陣列的可能性,這可以用來探測光線,並如相機一般地捕捉圖像。

這項研究由美國能源部、瑞士國家科學基金會、新加坡科技研究局資助。


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