Yıllar boyunca ekin bilim adamları, bitkilerin toprak üzerinde nasıl büyüdükleri hakkında çok şey öğrendiler, ancak kökler ve toprak etkileşimleri hakkında çok daha az şey biliniyor. Şimdi, üç yıllık iki ayrı hibe ile finanse edilen bir Cornell projesi, toprak özelliklerini, suyu, toprak mikrobiyomunu ve köklerin nasıl büyüdüğünü algılamak ve kaydetmek için solucan benzeri, toprakta yüzen robotlar geliştirecek.
Ziraat ve Yaşam Bilimleri Fakültesi'ndeki Bütünleyici Bitki Bilimi Okulu (SIPS) Bahçe Bitkileri Bölümü'nde doçent olan baş araştırmacı (PI) Taryn Bauerle tarafından yönetilen 2 milyon dolarlık Ulusal Bilim Vakfı (NSF) hibe, bitkiler ve toprak perspektifi.
Bu arada, Mühendislik Koleji'ndeki Sibley Makine ve Havacılık Mühendisliği Okulu'nda doçent olan PI Robert Shepherd'a 750,000 dolarlık NSF Ulusal Robotik Girişimi hibesi, toprak izleme robotlarını geliştirecek.
Proje, gıda üretkenliğini ve güvenliğini doğrudan etkileyen ıslah çabalarını ve toprak yönetimini iyileştirmek için kök büyümesiyle ilgili faktörleri dahil etme nihai hedefiyle mısır üzerine odaklanacak.
Bauerle, "Kara kutu bitki ve toprak etkileşimlerine ışık tutmamızı sağlayacak şekilde bitkilerin ve toprağın yer altı ortamından yararlanabilmemiz için yeni araçlar geliştirmeyi planlıyoruz" dedi.
Proje eş-PI, "Bu gerçekten bitki biyolojisinde bir sonraki sınır" dedi michael gore, Liberty Hyde Bailey profesörü ve SIPS Bitki Islahı ve Genetik Bölümü'nde moleküler ıslah ve genetik profesörü. Gore, yer altı özelliklerini ölçerek, araştırmacıların yer üstü özellikleriyle ilişkileri belirleyebileceğini söyledi.
Ekip, bu ölçümleri elde etmek için, bir deliğin zemini nasıl deldiğini taklit eden, solucanların toprakta nasıl hareket ettiğini taklit eden peristaltik bir hareketle birlikte 1 ila 2 fitlik solucan benzeri robotlar geliştirecek.
Shepherd, "Ön kısım kiri gevşetir ve arka kısım ileriye doğru iter ve bu kiri bir tünelin duvarına bastırır" dedi. Mısır sırasının tamamında yukarı ve aşağı sürekli veri toplamak için bir robot planlıyorlar.
Ekip, bir dizi sensör ve strateji deneyecek. Bir robotun toprağı itme yeteneği, toprak yoğunluğu ve kompaktlık gibi özellikleri ortaya çıkarabilir. Robotlara ayrıca küçük sıcaklık ve nem sensörleri takılacak.
Fiber optik kablolar, büyümeyi ve açıları ölçmek için köklerin doğrudan görüntülenmesi dahil olmak üzere bir dizi ölçüm sağlayabilir. Ekip, co-PI projesi laboratuvarında geliştirilen "AquaDust" u kullanmayı planlıyor İbrahim Stroock, Mühendislik Koleji, Smith Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Okulu'nda Gordon L. Dibble '50 Profesörü. AquaDust, topraktaki su miktarına bağlı olarak farklı dalga boylarında floresan oluşturur.
Fiber optikler, bitki köklerinden sızan karbon bileşikleri de dahil olmak üzere toprak mikroorganizmalarının ve kök kimyalarının uyarılma ve emisyon dalga boylarının ölçümlerine de izin verebilir. Shepherd, "Kök yüzeyinde ve çevresindeki toprakta hangi kimyasalların ve organizmaların yaygın olduğunu kabaca belirleyebilmeliyiz" dedi.
Gore, kök özelliklerini, toprak özelliklerini, bileşikleri, mikroorganizmaları ve suyu ölçerek, daha sonra tahıl verimi ve stres toleransı gibi şeyleri tahmin etmek için yer altı ve yer üstü özelliklerini birleştirmek için tahmine dayalı modeller kullanabilir.
Projenin bir diğer amacı, bitkilerin su mevcudiyeti gibi iklim değişikliğinin etkilerine nasıl tepki verebileceğini değerlendirmek olacaktır. Çevresel verilerle dikkate alınan kök büyümesi ölçümleri, kuraklık gibi dış koşullara bağlı olarak köklerin nasıl büyüdüğüne dair içgörü sağlayabilir.
Toprak, kablosuz iletim için iyi bir ortam olmadığından, araştırmacılar verileri belleğe kaydeden prototipleri daha sonra geri alınmak üzere test edecekler. Ayrıca, bir sıra mısır bitkisi boyunca uzanan toprak ve teller aracılığıyla akustik iletişimi deneyebilirler. Projenin sonunda araştırmacılar, bir mısır tarlasındaki prototiplerin canlı gösterilerini sergilemeyi umuyorlar.
Ön çalışma, bir Dijital Tarım için Cornell Girişimi hibe.