เกษตรอัจฉริยะที่ยั่งยืนด้วยเซ็นเซอร์ความชื้นในดินที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

ทรัพยากรที่ดินและน้ำที่จำกัดมากขึ้นเรื่อยๆ ได้กระตุ้นการพัฒนาเกษตรกรรมแม่นยำ ซึ่งใช้เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลเพื่อตรวจสอบข้อมูลสภาพแวดล้อมทางอากาศและดินแบบเรียลไทม์ เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพผลผลิตพืชผล การยกระดับความยั่งยืนของเทคโนโลยีเหล่านี้จึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดการสิ่งแวดล้อมอย่างเหมาะสมและลดต้นทุน
ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Sustainable Systems เมื่อไม่นานมานี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโอซาก้าได้พัฒนาเทคโนโลยีตรวจวัดความชื้นในดินแบบไร้สาย ซึ่งส่วนใหญ่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ งานวิจัยนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการแก้ไขปัญหาคอขวดทางเทคนิคที่ยังคงเหลืออยู่ในภาคเกษตรกรรมแม่นยำ เช่น การกำจัดอุปกรณ์เซ็นเซอร์ที่ใช้แล้วอย่างปลอดภัย
ในขณะที่ประชากรโลกยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรให้เหมาะสมและลดการใช้ที่ดินและน้ำให้น้อยที่สุดจึงเป็นสิ่งจำเป็น เกษตรแม่นยำมุ่งเป้าไปที่การตอบสนองความต้องการที่ขัดแย้งเหล่านี้โดยใช้เครือข่ายเซ็นเซอร์เพื่อรวบรวมข้อมูลด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อให้สามารถจัดสรรทรัพยากรให้กับพื้นที่เพาะปลูกได้อย่างเหมาะสม ทั้งในเวลาและสถานที่ที่ต้องการ
โดรนและดาวเทียมสามารถรวบรวมข้อมูลได้มากมาย แต่ไม่เหมาะสำหรับการวัดความชื้นและระดับความชื้นในดิน เพื่อการเก็บข้อมูลที่ดีที่สุด ควรติดตั้งอุปกรณ์วัดความชื้นบนพื้นดินที่มีความหนาแน่นสูง หากเซ็นเซอร์ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ จะต้องเก็บรวบรวมเมื่อหมดอายุการใช้งาน ซึ่งอาจต้องใช้แรงงานมากและไม่สะดวกในการใช้งานจริง เป้าหมายของงานวิจัยในปัจจุบันคือการทำให้เทคโนโลยีใดเทคโนโลยีหนึ่งสามารถใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์และย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
“ระบบของเราประกอบด้วยเซ็นเซอร์หลายตัว แหล่งจ่ายไฟไร้สาย และกล้องถ่ายภาพความร้อน เพื่อรวบรวมและส่งข้อมูลการตรวจจับและตำแหน่ง” ทาคาอากิ คาซูกะ หัวหน้าทีมวิจัยอธิบาย “ส่วนประกอบในดินส่วนใหญ่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ประกอบด้วยกระดาษนาโน สารตั้งต้น สารเคลือบป้องกันขี้ผึ้งธรรมชาติ เครื่องทำความร้อนคาร์บอน และสายตัวนำดีบุก”
เทคโนโลยีนี้ตั้งอยู่บนพื้นฐานที่ว่าประสิทธิภาพของการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายไปยังเซ็นเซอร์นั้นสอดคล้องกับอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อนเซ็นเซอร์และความชื้นของดินโดยรอบ ยกตัวอย่างเช่น เมื่อปรับตำแหน่งและมุมของเซ็นเซอร์ให้เหมาะสมบนดินที่เรียบ การเพิ่มความชื้นในดินจาก 5% เป็น 30% จะลดประสิทธิภาพการส่งผ่านจาก ~46% เหลือ ~3% จากนั้นกล้องถ่ายภาพความร้อนจะบันทึกภาพพื้นที่เพื่อรวบรวมข้อมูลความชื้นในดินและตำแหน่งของเซ็นเซอร์ไปพร้อมๆ กัน เมื่อสิ้นสุดฤดูเก็บเกี่ยว เซ็นเซอร์จะถูกฝังลงในดินเพื่อย่อยสลายทางชีวภาพ
“เราประสบความสำเร็จในการถ่ายภาพพื้นที่ที่มีความชื้นในดินไม่เพียงพอโดยใช้เซ็นเซอร์ 12 ตัวในพื้นที่สาธิตขนาด 0.4 x 0.6 เมตร” คาซูกะกล่าว “ส่งผลให้ระบบของเราสามารถรองรับความหนาแน่นของเซ็นเซอร์สูงที่จำเป็นสำหรับการเกษตรแม่นยำ”
ผลงานนี้มีศักยภาพในการเพิ่มประสิทธิภาพการเกษตรแม่นยำในโลกที่ทรัพยากรมีจำกัดมากขึ้นเรื่อยๆ การเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดของเทคโนโลยีของนักวิจัยภายใต้สภาวะที่ไม่เหมาะสม เช่น การติดตั้งเซ็นเซอร์ที่ไม่ดีและมุมลาดเอียงบนดินหยาบ และอาจรวมถึงตัวบ่งชี้อื่นๆ เกี่ยวกับสภาพแวดล้อมของดินที่เกินระดับความชื้นในดิน อาจนำไปสู่การนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้อย่างแพร่หลายในชุมชนเกษตรกรรมทั่วโลก