[光明日報客戶端]讓農(nóng)作物“開口說話”，中量大研發(fā)植物可穿戴傳感器系統(tǒng)

近日中國計量大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院徐沛教授團隊聯(lián)合清華大學(xué)、河南大學(xué)等機構(gòu)攻堅克難，成功研發(fā)植物可穿戴傳感器系統(tǒng)PlantRing（植物手環(huán)），實現(xiàn)讓農(nóng)作物自己“開口說話”。PlantRing相關(guān)成果已于近日登上Cell出版社旗下植物學(xué)頂刊《Plant Communications》，并在江蘇、浙江等地的農(nóng)業(yè)科研基地投入應(yīng)用。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)傳感器面臨技術(shù)難題，如田間環(huán)境導(dǎo)致的數(shù)據(jù)失真和復(fù)雜設(shè)計帶來的高成本與低耐久性問題。PlantRing研究團隊采用創(chuàng)新方法，將天然蠶絲碳化成應(yīng)力敏感的納米材料，開發(fā)出一種能夠精準(zhǔn)捕捉低于10微米級莖稈周長變化的傳感器。該傳感器通過監(jiān)測植物莖稈晝夜間的水分變化，提供更為直接、快速且精準(zhǔn)的生長狀態(tài)反饋，從而實現(xiàn)節(jié)水和提升果實質(zhì)量的雙重目標(biāo)。

簡單來說，PlantRing就是讓傳感器的電阻隨著植物生長狀態(tài)的變化而改變。植物的莖在晚上吸水會變粗、在白天因蒸騰作用失水則會變細，相較于通過土壤濕度間接監(jiān)測的反饋方式，PlantRing可以直接測量植物自身生長狀態(tài)，更快速、精準(zhǔn)地破解植物的“無聲語言”，從而在減少灌溉用水的同時提升果實甜度，實現(xiàn)“節(jié)水+提質(zhì)”雙重效果。

PlantRing能在采集信號的同時將數(shù)據(jù)實時傳輸至云端，配套開發(fā)的智能決策系統(tǒng)將根據(jù)實時數(shù)據(jù)自動生成“澆水建議”“施肥方案”，呈現(xiàn)在云服務(wù)器上，并計劃通過移動端應(yīng)用推送至農(nóng)戶，農(nóng)戶通過手機即可查看作物生理報告，包括水分狀態(tài)、晝夜節(jié)律等關(guān)鍵指標(biāo)。“我們的目標(biāo)是直接告訴農(nóng)戶什么時候要做什么，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)智慧化，讓基層操作人員不用依賴經(jīng)驗進行決策。”中國計量大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授、論文共同第一作者呂晨澤說。

科研成果要落地，成本和易用性是關(guān)鍵。研究團隊通過模塊化設(shè)計，開發(fā)了小體積、低成本的高通量數(shù)據(jù)采集模塊，更適用于真實的農(nóng)業(yè)應(yīng)用場景。該模塊重量僅20g，不會對植物生長造成影響，且在風(fēng)雨、日曬條件下表現(xiàn)依舊穩(wěn)定。PlantRing的突破不僅在于技術(shù)創(chuàng)新，更在于“讓農(nóng)民聽得懂、用得起”的實用主義導(dǎo)向和農(nóng)工信學(xué)科交叉的前沿思維。

“我們的發(fā)展方向就是把獲取的數(shù)據(jù)做出各類算法，自動化得出研究結(jié)果，擴大傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用場景與涵蓋領(lǐng)域。”呂晨澤說。未來，PlantRing將在更多地區(qū)推廣使用，并有望在脅迫響應(yīng)、林木生長監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。作為精密科學(xué)儀器和智慧農(nóng)業(yè)工具，PlantRing已經(jīng)證明了其商業(yè)化制造的可行性，這為大規(guī)模應(yīng)用鋪平了道路。

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