เกษตรกรรมอัจฉริยะที่ยั่งยืนด้วยเซ็นเซอร์วัดความชื้นในดินที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ทรัพยากรที่ดินและน้ำที่ลดน้อยลงเรื่อย ๆ ได้กระตุ้นให้เกิดการพัฒนาเกษตรแม่นยำ ซึ่งใช้เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลเพื่อตรวจสอบข้อมูลสิ่งแวดล้อมทางอากาศและดินแบบเรียลไทม์ เพื่อช่วยเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรให้เหมาะสม การเพิ่มความยั่งยืนของเทคโนโลยีเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดการสิ่งแวดล้อมอย่างเหมาะสมและลดต้นทุน
ล่าสุด ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Sustainable Systems นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโอซาก้าได้พัฒนาเทคโนโลยีตรวจวัดความชื้นในดินแบบไร้สายที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นส่วนใหญ่ งานวิจัยนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการแก้ไขปัญหาคอขวดทางเทคนิคที่ยังคงเหลืออยู่ในการเกษตรแม่นยำ เช่น การกำจัดอุปกรณ์เซ็นเซอร์ที่ใช้แล้วอย่างปลอดภัย
เนื่องจากประชากรโลกยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรให้เหมาะสมที่สุดและการลดการใช้ที่ดินและน้ำให้น้อยที่สุดจึงเป็นสิ่งสำคัญ การเกษตรแม่นยำมุ่งแก้ปัญหาความขัดแย้งเหล่านี้โดยใช้เครือข่ายเซ็นเซอร์ในการรวบรวมข้อมูลด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อให้สามารถจัดสรรทรัพยากรไปยังพื้นที่เพาะปลูกได้อย่างเหมาะสม ในเวลาและสถานที่ที่จำเป็น
โดรนและดาวเทียมสามารถรวบรวมข้อมูลได้มากมาย แต่ไม่เหมาะสำหรับการตรวจสอบความชื้นในดินและระดับความชื้น เพื่อให้ได้ข้อมูลที่ดีที่สุด ควรติดตั้งอุปกรณ์วัดความชื้นบนพื้นดินในปริมาณมาก หากเซ็นเซอร์ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ จะต้องเก็บรวบรวมเมื่อหมดอายุการใช้งาน ซึ่งอาจต้องใช้แรงงานมากและไม่สะดวก เป้าหมายของงานวิจัยในปัจจุบันคือการรวมฟังก์ชันการทำงานทางอิเล็กทรอนิกส์และการย่อยสลายได้ทางชีวภาพไว้ในเทคโนโลยีเดียว
“ระบบของเราประกอบด้วยเซ็นเซอร์หลายตัว แหล่งจ่ายไฟไร้สาย และกล้องถ่ายภาพความร้อน เพื่อรวบรวมและส่งข้อมูลการตรวจจับและตำแหน่ง” ทากาอากิ คาสึกะ ผู้เขียนหลักของการศึกษาอธิบาย “ส่วนประกอบในดินส่วนใหญ่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และประกอบด้วยกระดาษนาโน สารเคลือบป้องกันจากขี้ผึ้งธรรมชาติ ตัวทำความร้อนคาร์บอน และลวดตัวนำดีบุก”
เทคโนโลยีนี้อาศัยข้อเท็จจริงที่ว่า ประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงานไร้สายไปยังเซ็นเซอร์นั้นสัมพันธ์กับอุณหภูมิของตัวทำความร้อนเซ็นเซอร์และความชื้นของดินโดยรอบ ตัวอย่างเช่น เมื่อปรับตำแหน่งและมุมของเซ็นเซอร์บนดินเรียบ การเพิ่มความชื้นในดินจาก 5% เป็น 30% จะลดประสิทธิภาพการส่งสัญญาณจากประมาณ 46% เหลือประมาณ 3% จากนั้นกล้องถ่ายภาพความร้อนจะจับภาพบริเวณนั้นเพื่อเก็บข้อมูลความชื้นในดินและตำแหน่งของเซ็นเซอร์ไปพร้อมกัน เมื่อสิ้นสุดฤดูเก็บเกี่ยว เซ็นเซอร์สามารถฝังลงในดินเพื่อให้ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
คาสึกะกล่าวว่า “เราประสบความสำเร็จในการสร้างภาพพื้นที่ที่มีความชื้นในดินไม่เพียงพอโดยใช้เซ็นเซอร์ 12 ตัวในแปลงสาธิตขนาด 0.4 x 0.6 เมตร” “ด้วยเหตุนี้ ระบบของเราจึงสามารถรองรับความหนาแน่นของเซ็นเซอร์สูงที่จำเป็นต่อการเกษตรแม่นยำได้”
งานวิจัยนี้มีศักยภาพที่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเกษตรแม่นยำในโลกที่ทรัพยากรมีจำกัดมากขึ้นเรื่อยๆ การเพิ่มประสิทธิภาพของเทคโนโลยีของนักวิจัยภายใต้สภาวะที่ไม่เหมาะสม เช่น การวางตำแหน่งเซ็นเซอร์ที่ไม่ดี และมุมลาดชันบนดินหยาบ รวมถึงตัวบ่งชี้อื่นๆ ของสภาพแวดล้อมในดินนอกเหนือจากระดับความชื้นในดิน อาจนำไปสู่การใช้งานเทคโนโลยีนี้อย่างแพร่หลายโดยชุมชนเกษตรกรรมทั่วโลก