可堆肥传感器有助于增强数字农业的影响力

研究人员表示，丝网印刷、可生物降解的土壤传感器可以在生命周期结束时堆肥，使农民能够提高作物产量，同时减少电子垃圾

这些传感器由格拉斯哥大学的工程师与Łukasiewicz微电子与光子研究所（IMiF）的同事合作开发，由可降解为植物营养素的电子材料制成，可作为肥料帮助作物生长

这项研究是一个更广泛的国际项目TESLA的关键进展，该项目代表数字农业中可持续ICT的瞬态电子。特斯拉由格拉斯哥大学领导，汇集了加拿大麦吉尔大学的合作伙伴；芬兰坦佩雷大学和芬兰VTT技术研究中心有限公司；Łukasiewicz研究网络——波兰微电子与光子学研究所和瑞士CSEM瑞士电子与微技术中心

该项目旨在开发一个完整的系统，其中可生物降解的传感器由太阳能电池供电，超级电容器也由可持续材料制成，为精准农业监测提供完全环保的解决方案。

这项新技术旨在支持全球努力，随着人口增长和气候变化对大规模农业提出新的挑战，提高粮食生产的效率和可持续性

可生物降解的前端传感器与传统电子设备配对，用于监测作物健康状况。该团队表示，他们的模块化方法提高了整个现有电子系统的可重用性，并显著减少了电子废物，从而大大降低了对整体环境的影响。研究人员进行的详细环境影响评估表明，以这种方式操作电子设备可以提高可持续性

他们的模块化混合电子架构已应用于“数字农业”，这是一种新的农业方法，使用直接应用于作物的网络传感器来监测其环境和生长。数字农业可以帮助满足专家认为到2050年全球粮食需求将增长70%的需求。然而，目前用于数字农业的传感器是由不可回收材料制成的。这意味着，当设备生命周期结束时，数字农业使用的扩大也将导致对环境有害的电子废物增加

在发表在《ACS应用电子材料》杂志上的论文中，该团队描述了他们如何用可持续材料制造数字农业传感器，将可生物降解的贴片与火柴盒大小的可重复使用电子模块相结合。传感器贴片采用丝网印刷工艺制造，类似于t恤印刷中使用的工艺。这种低成本、低能耗的制造方法有助于在全球范围内更广泛地采用数字农业所需的大规模部署

在这项工作中，使用石墨烯碳墨将导电轨道印刷在可生物降解的聚合物基板上。然后，在上面印刷一层由二硫化钼制成的传感层，这样所有使用的材料都会自然分解成植物营养素

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电子模块收集来自传感器的数据，传感器对作物感染引起的pH值和温度变化很敏感。这些数据可以无线发送到计算机，未来可以帮助农民详细了解作物的健康状况

实验室测试表明，传感器可以可靠地监测土壤pH值，在两周内，在pH 3至pH 8的溶液中表现出一致的性能。该团队还证明，传感器可以检测到乙烯利的痕迹，乙烯利是一种广泛使用的植物生长调节剂，如果污染地下水，可能会对人类和野生动物有毒。在其使用寿命结束时，传感器会降解为关键的主要和次要营养物质，以支持未来的植物生长

格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的Joseph Cameron博士是该论文的合著者。他说：“可靠的粮食生产是世界上最紧迫的问题之一，目前全世界有8亿多人营养不良。数字农业可能是最大限度地提高我们为不断增长的人口生产足够粮食的能力的关键。”

合著者、詹姆斯·瓦特工程学院的Andrew Rollo说：“我们开发的系统可以大大减少数字农业的碳足迹。传感器本身可以犁回田里，帮助培育作物，用不太环保的印刷电路材料制成的电子模块可以重复使用几年。

”我们的分析表明，每三个月更换一次传感器。与每次处理整个设备相比，可以在五年内将系统的环境影响降低66%和79%。詹姆斯·瓦特工程学院的杰夫·凯特尔教授领导了这项研究。他说：“我们迫切需要找到一种方法，使数字农业在未来几年更具可持续性。”。目前，世界上大约80%的电子产品一旦达到使用寿命，就会直接进入垃圾填埋场，其中许多产品所含的有毒物质给环境和公共卫生带来了巨大的挑战

“我们热衷于继续扩大我们的可生物降解传感器的能力，以检测植物生长和土壤健康的其他关键指标。这可能包括增加对PFAs等具有重大环境影响的‘永久性化学物质’的敏感性。”