يمكن لأجهزة استشعار التربة القابلة للتحلل الحيوي أن تغير أساليب الزراعة والحفظ

قد يغير البحث الجديد الذي أجراه قسم بول إم رادي للهندسة الميكانيكية في مجسات قابلة للتحلل طريقة المزارعين في تتبع النشاط الميكروبي للتربة وقياسه والاستجابة له في الوقت الفعلي مع تداعيات كبيرة على معالجة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية.

تم نشر العمل مؤخرًا في العلوم المتقدمة، بقيادة مادهور أتريا (دكتوراه MechEngr'22) والأساتذة جريج وايتينج وجيسون نيف في CU Boulder. يصف كيف يمكن لجهاز استشعار رخيص وسهل الطباعة أن يقيس صحة التربة من خلال تتبع تحللها في الواقع الوقت —كل ذلك مع تأثير ضئيل أو معدوم على بيئته الخارجية ومن خلال استخدام الأجهزة الإلكترونية المتاحة بسهولة.

"يمكن أن يخبرك تدهور شيء ما ، سواء كان جهاز استشعار جديد أو سيارة قديمة صدئة ، قصة عن بيئته. في هذه الورقة ، نوضح أن الطريقة التي يفشل بها جهاز بسيط قابل للتحلل البيولوجي في التربة يمكن أن يخبرنا شيئًا عن النشاط الميكروبي لتلك التربة والذي يكون مفيدًا في مجموعة متنوعة من المواقف ، "قال أتريا.

تم استنفاد أكثر من ثلث التربة حول العالم ، مما يؤدي إلى زيادة استخدام الأسمدة ، وبالتالي زيادة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. قال أتريا إن اكتساب نظرة ثاقبة محددة على كمية الأسمدة المستخدمة في منطقة ما أو مدى صحة هذه التربة بشكل عام أمر بالغ الأهمية لتحسين الإمدادات الزراعية وإبطاء فقدان التنوع البيولوجي في المنطقة. جهود الحفظ ولكن كان من الصعب تحقيقه تقليديًا.

هذا جزئيًا لأن الحصول على المقاييس ذات الصلة يتطلب إزالة التربة وشحنها إلى المختبر لتحليلها. يستغرق ذلك وقتًا ويمكن أن يتغير المحتوى الميكروبي في كل من العينة والحقل بينهما. قال أتريا إن الأساليب الأخرى لجمع هذا النوع من المعلومات إما أنها تتطلب عمالة كثيفة أو تفتقر إلى التقارير في الوقت الفعلي وجوانب الوصول السهل إلى البيانات التي يحاول الفريق تحقيقها.

وقال: "هناك برنامجان موجودان - مؤشر أكياس الشاي وتربة الملابس الداخلية - يشجعان الناس في جميع أنحاء العالم على دفن العناصر في التربة ومراقبة التحلل المادي من حيث الكمية أو النوعية لفهم صحة التربة المحيطة". "يمكنك التفكير في مستشعرنا الجديد كنسخة إلكترونية من هذا النهج."

يركز الفريق الآن على تحسين القدرة على التصنيع والمتانة لأجهزة الاستشعار.

"نحن نستكشف مواد أخرى يمكننا استخدامها لصنع مستشعرات مماثلة قد تكون أفضل ولاستهداف ميكروبات التربة الأكثر تحديدًا /النشاط الأنزيمي،" هو قال. "لقد فزنا مؤخرًا بمنحة جديدة من برنامج ARPA-E التابع لوزارة الطاقة والذي سيتيح لنا استكشاف جوانب دورة النيتروجين في التربة."

أمضى أتريا وقتًا كمهندس تصميم في الصناعة قبل مجيئه إلى CU Boulder للحصول على درجة الدكتوراه. تخرج في صيف عام 2022 ويعمل حاليًا كباحث ما بعد الدكتوراه مع Whiting.

"لقد كنت مهتمًا بها تصميم مستدام لبعض الوقت لكنني لم أتخيل قط أنني سأعمل في إلكترونيات مطبوعة قابلة للتحلل ". "التربة معقدة للغاية ويمكن أن تختلف كل دفعة. لحسن الحظ ، كان لدي فريق رائع من تربة وخبراء البوليمرات في الهندسة وعبر الحرم الجامعي لمساعدتي وإرشادي على طول الطريق. "