Topraktaki sıcaklık ve nitrojen seviyelerinin ölçülmesi tarım sistemleri için önemlidir ancak bunları birbirinden ayrı olarak tespit etmek zordur. Huanyu "Larry" Cheng, James L. Henderson, Jr. Penn State Mühendislik Bilimi ve Mekaniği Memorial Doçenti, araştırmacılara sıcaklık ve nitrojen sinyallerini etkili bir şekilde ayırabilen ve böylece her birinin ölçülebilmesini sağlayan çok parametreli bir sensörün geliştirilmesine öncülük etti. doğru bir şekilde. Sonuçlar yakın zamanda yayınlandı Gelişmiş malzemeler.
“Verimli gübreleme için gübrelerin sürekli ve gerçek zamanlı izlenmesine ihtiyaç var. toprak koşulları, özellikle nitrojen kullanımı ve toprak sıcaklığıdedi Cheng. "Bu, mahsul sağlığını değerlendirmek ve azaltmak için gereklidir. çevre kirliliği ve sürdürülebilir ve hassas tarımı teşvik etmek.”
Azotun gübre olarak kullanılması tarımda yaygın bir uygulamadır ve amaç, en iyi mahsul verimi için ideal miktarın kullanılmasıdır. Azot çok az kullanıldığında mahsulün verimi optimumun altında olabilir. Fazla kullanıldığında gübre israf olur, bitkiler yanabilir ve çevreye zararlı nitrojen gazları salınır. Doğru tespit nitrojen seviyeleriÖzellikle nitrojenin gaz formunda kaybı çiftçilerin optimal gübreleme seviyelerine ulaşmalarına yardımcı olabilir. bitki büyüme.
Çin Hebei Teknoloji Üniversitesi Yapay Zeka Okulu profesörü ortak yazar Li Yang, "Bitki büyümesi aynı zamanda topraktaki fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik süreçleri etkileyen sıcaklıktan da etkileniyor" dedi. "Sürekli izleme, çiftçilerin sıcaklıklar ürünleri için çok sıcak veya çok soğuk olduğunda stratejiler ve müdahaleler geliştirmelerine olanak sağlıyor."
Ne yazık ki hem gazlar hem de sıcaklık (bağıl nem değişiklikleriyle birlikte) sensörün direnç okumasında değişikliklere neden olabilir, dolayısıyla sensör bunları birbirinden ayıramaz. Cheng'e göre nitrojen gazı ve sıcaklık ölçümlerini birbirinden bağımsız olarak elde edebilen algılama mekanizmaları nadiren rapor ediliyor.
Cheng'in ekibi, nitrojen kaybı ile toprak sıcaklığının tespitini tamamen birbirinden ayıran yüksek performanslı bir sensör tasarladı ve üretti. Çok parametreli sensör, vanadyum oksit katkılı, lazerle indüklenen grafen köpüğü temel alır. Vanadyum oksit nitrojen gazlarını adsorbe edebilir ve bunlarla etkileşime girebilir ve doping yapabilir metal kompleksleri Grafenin gaz adsorpsiyonunu ve algılama hassasiyetini iyileştirdiği de bulunmuştur.
Sensör, nitrojen gazının geçişini engelleyen yumuşak bir membranla kapsüllenmiştir, böylece sensör yalnızca sıcaklık değişimlerine yanıt verir. Ek olarak kapsülleme çıkarılabilir ve sensör yüksek sıcaklıkta çalıştırılabilir. Bunu yapmak, nitrojen gazının doğru ölçümüne olanak sağlamak için topraktaki bağıl nem ve sıcaklığın etkisini ortadan kaldırır. Kapsüllü sensör ve kapsülsüz sensörün kombinasyonu, sıcaklık ve nitrojen gazını müdahale olmadan tamamen ayırabilir.
Ayrıştırılması sıcaklık değişimleri Cheng'e göre, her türlü hava koşulunda hassas tarım için ayrıştırılmış algılama mekanizmalarına sahip çok modlu cihazların tasarlanması ve uygulanması için nitrojen gazı emisyonlarından yararlanılabilir.
"Ultra düşük nitrojen oksit konsantrasyonlarını ve küçük sıcaklık Cheng, değişikliklerin hassas tarım, sağlık izleme ve diğer uygulamalar için ayrıştırılmış algılama mekanizmalarına sahip gelecekteki çok modlu elektronik cihazların geliştirilmesinin önünü açtığını söyledi.