חקלאות חכמה בת קיימא עם חיישן לחות קרקע מתכלה ביולוגית

משאבי קרקע ומים מוגבלים יותר ויותר דרבנו את התפתחות החקלאות המדייקת, המשתמשת בטכנולוגיית חישה מרחוק כדי לנטר נתוני סביבה של אוויר וקרקע בזמן אמת כדי לסייע במיטוב יבולי היבולים. מקסום הקיימות של טכנולוגיות כאלה הוא קריטי לניהול נכון של הסביבה ולהפחתת עלויות.
כעת, במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת Advanced Sustainable Systems, חוקרים מאוניברסיטת אוסקה פיתחו טכנולוגיית חישת לחות קרקע אלחוטית, אשר ברובה מתכלה. עבודה זו מהווה אבן דרך חשובה בטיפול בצווארי בקבוק טכניים שנותרו בחקלאות מדייקת, כגון סילוק בטוח של ציוד חיישנים משומש.
ככל שאוכלוסיית העולם ממשיכה לגדול, אופטימיזציה של יבולים חקלאיים ומזעור השימוש בקרקע ובמים היא חיונית. חקלאות מדייקת שואפת לטפל בצרכים סותרים אלה באמצעות שימוש ברשתות חיישנים לאיסוף מידע סביבתי, כך שניתן יהיה להקצות משאבים כראוי לאדמות חקלאיות מתי והיכן שהם נחוצים.
רחפנים ולוויינים יכולים לאסוף שפע של מידע, אך הם אינם אידיאליים לקביעת לחות הקרקע ורמות הלחות שלה. לאיסוף נתונים אופטימלי, יש להתקין מכשירי מדידת לחות על הקרקע בצפיפות גבוהה. אם החיישן אינו מתכלה ביולוגית, יש לאסוף אותו בסוף חייו, דבר שיכול להיות עתיר עבודה ולא מעשי. השגת פונקציונליות אלקטרונית ופירוק ביולוגי בטכנולוגיה אחת היא מטרת העבודה הנוכחית.
"המערכת שלנו כוללת מספר חיישנים, ספק כוח אלחוטי ומצלמת הדמיה תרמית לאיסוף והעברת נתוני חישה ומיקום", מסביר טקאקי קסוגה, המחבר הראשי של המחקר. "הרכיבים בקרקע הם בעיקר ידידותיים לסביבה ומורכבים מנייר ננו, מצע, ציפוי מגן שעווה טבעי, גוף חימום פחמן וחוט מוליך בדיל."
הטכנולוגיה מבוססת על העובדה שהיעילות של העברת אנרגיה אלחוטית לחיישן תואמת את טמפרטורת גוף החימום של החיישן ואת הלחות של האדמה שמסביב. לדוגמה, בעת אופטימיזציה של מיקום החיישן וזוויתו על אדמה חלקה, הגדלת לחות הקרקע מ-5% ל-30% מפחיתה את יעילות השידור מ-46% ל-3%. לאחר מכן, מצלמת ההדמיה התרמית לוכדת תמונות של האזור כדי לאסוף בו זמנית נתוני לחות הקרקע ומיקום החיישן. בסוף עונת הקציר, ניתן לקבור את החיישנים באדמה לצורך פירוק ביולוגי.
"צילמנו בהצלחה אזורים עם לחות קרקע לא מספקת באמצעות 12 חיישנים בשדה הדגמה בגודל 0.4 על 0.6 מטר", אמר קסוגה. "כתוצאה מכך, המערכת שלנו יכולה להתמודד עם צפיפות החיישנים הגבוהה הנדרשת לחקלאות מדייקת."
לעבודה זו יש פוטנציאל לייעל את החקלאות המדייקת בעולם מוגבל יותר ויותר במשאבים. מקסום יעילות הטכנולוגיה של החוקרים בתנאים לא אידיאליים, כגון מיקום חיישנים לקוי וזוויות שיפוע על קרקעות גסות ואולי אינדיקטורים אחרים של סביבת הקרקע מעבר לרמות לחות הקרקע, עשוי להוביל לשימוש נרחב בטכנולוגיה על ידי הקהילה החקלאית העולמית.