Fytosanitair beheer door flexibele elektronica

De opkomst van biotische en abiotische stress vormt een mogelijke aantasting van de groei en opbrengst van planten. Nauwkeurige monitoring en beoordeling van de gezondheidstoestand van planten is daarom van groot belang; conventionele omvangrijke en zware sensoren zijn echter meestal beperkt tot gecentraliseerde klimaatomstandigheden of voeren metingen uit in gasuitwisselingskamers.

Eén strategie is gebaseerd op het intelligent koppelen van planten met flexibele sensoren. Het is echter een uitdaging om fysiologische informatie in planten aan te boren vanwege hun relatief complexe signaalroutes. Bovendien vereist synchrone detectie van abiotische stressfactoren een duurzame, flexibel, multifunctioneel sensorsysteem voor langdurige monitoring zonder prestatieverlies en overspraak van signalen.

In een recente studie gepubliceerd in ACS Nano getiteld “Multimodal Plant Healthcare Flexible Sensor System”, rapporteren onderzoekers van Osaka Prefecture University (OPU) een geïntegreerd multimodaal flexibel sensorsysteem dat bestaat uit een kamervochtigheidssensor, een bladvochtigheidssensor, een optische sensor en een temperatuursensor die kan profiteren van potentiële fysiologische gezondheid problemen met planten. Het is veelbetekenend dat de uitdroogingscondities visueel worden geregistreerd in een Pachira macrocarpa gedurende een langdurige monitoring (> 15 dagen) op basis van dergelijke plant-machine bio-interfaces door gebruik te maken van het plantentranspiratieproces.

Met behulp van gestapelde ZnIn₂S₄ (ZIS) nanobladen als kerndetecterende media, kan de op ZIS nanobladen gebaseerde flexibele sensor niet alleen lichtverlichting waarnemen met een snelle respons (~ 4 ms), maar ook de vochtigheid bewaken met een blijvende stabiele prestatie. Omdat de ZIS-nanobladen voor het eerst in een vochtigheidssensor worden toegepast, werden theoretisch en experimenteel onderzoek naar het vochtigheidsmeetmechanisme in detail uitgevoerd. Drie primaire abiotische spanningen (namelijk vochtigheid, licht en temperatuur) die de transpiratie van planten regelen, worden in realtime gemeten zonder signaalkruiselingseffect.

“De meeste van de flexibele sensoren zijn toegepast op monitoring van de menselijke gezondheid en / of mens-machine-interfaces. Het voorgestelde concept van het multimodale flexibele sensorsysteem voor het monitoren van de plantgezondheid kan een pad openen naar intelligente landbouw”, zei prof. Dae -Hyeong Kim, een expert op het gebied van zachte elektronica.

Prof. Kuniharu Takei, de leider van dit project, zei: “ Door rationeel de actieve detectiematerialen en elektroden te selecteren, hebben we de duurzame sensorprestaties aangepakt voor het langdurig volgen van abiotische spanningen op planten en het verzamelen van signalen via meerdere kanalen zonder overspraak. . ”

Toekomstige taken zijn onder meer het verder verminderen van de dikte en het gewicht van flexibele sensorsystemen, het vergroten van sensorfuncties als reactie op andere biotische en abiotische spanningen, en het verbeteren van de mogelijkheden om chemische signalen van planten in spatiotemporele patronen te decoderen. De invloed van omgevingsgas, zoals CO₂, O₂, of niet_X, moet ook rekening worden gehouden met de sensoruitgang.