Shuohao Cai, mahasiswa doktor élmu taneuh, masang batang sénsor kalayan stiker sénsor multifungsi anu ngamungkinkeun pangukuran dina jerona anu béda-béda kana taneuh di Stasion Panalungtikan Pertanian Universitas Wisconsin-Madison Hancock.
MADISON — Insinyur Universitas Wisconsin-Madison parantos ngembangkeun sénsor anu murah anu tiasa nyayogikeun pangawasan nitrat sacara real-time dina jinis taneuh umum Wisconsin. Sénsor éléktrokimia anu dicitak ieu tiasa ngabantosan patani nyandak kaputusan manajemen nutrisi anu langkung tepat sareng ngawujudkeun kauntungan ékonomi.
"Sénsor kami tiasa masihan patani pamahaman anu langkung saé ngeunaan status nutrisi taneuhna sareng jumlah nitrat anu sayogi pikeun pepelakanna, ngabantosan aranjeunna mutuskeun sacara langkung akurat sabaraha pupuk anu saleresna diperyogikeun," saur Joseph Andrews, asistén profesor di Universitas Harvard. Panilitian ieu dipingpin ku Sakola Téknik Mesin di Universitas Wisconsin-Madison. "Upami aranjeunna tiasa ngirangan jumlah pupuk anu dipésér, panghematan biaya tiasa signifikan pikeun kebon anu langkung ageung."
Nitrat mangrupikeun nutrisi penting pikeun kamekaran pepelakan, tapi kaleuwihan nitrat tiasa léak tina taneuh sareng lebet kana cai taneuh. Jenis kontaminasi ieu ngabahayakeun pikeun jalma anu nginum cai sumur anu kacemar sareng ngabahayakeun lingkungan. Sénsor énggal para panaliti ogé tiasa dianggo salaku alat panalungtikan tatanén pikeun ngawaskeun léak nitrat sareng ngabantosan ngembangkeun prakték pangsaéna pikeun ngirangan pangaruh ngabahayakeunana.
Métode ayeuna pikeun ngawaskeun nitrat taneuh téh butuh tanaga gawé anu loba, mahal, sarta teu nyadiakeun data sacara real-time. Éta sababna ahli éléktronik citak Andrews jeung timna nyoba nyieun solusi anu leuwih hadé jeung leuwih murah.
Dina proyék ieu, para panalungtik nganggo prosés percetakan inkjet pikeun nyiptakeun sénsor potensiometrik, hiji jinis sénsor éléktrokimia pilem ipis. Sénsor potensiometrik sering dianggo pikeun ngukur nitrat sacara akurat dina larutan cair. Nanging, sénsor ieu umumna henteu cocog dianggo dina lingkungan taneuh sabab partikel taneuh anu ageung tiasa ngagores sénsor sareng nyegah pangukuran anu akurat.
"Tangtangan utama anu kami cobian pecahkeun nyaéta milarian cara supados sensor éléktrokimia ieu tiasa dianggo kalayan leres dina kaayaan taneuh anu kasar sareng sacara akurat ngadeteksi ion nitrat," saur Andrews.
Solusi tim éta nyaéta nempatkeun lapisan polivinilidena fluorida dina sénsor. Numutkeun Andrews, bahan ieu ngagaduhan dua ciri konci. Kahiji, éta ngagaduhan pori-pori anu alit pisan, ukuranana sakitar 400 nanometer, anu ngamungkinkeun ion nitrat nembus bari ngahalangan partikel taneuh. Kadua, éta hidrofilik, nyaéta, éta narik cai sareng nyerepna sapertos spons.
"Janten cai anu beunghar nitrat bakal langkung milih nyerep kana sénsor urang, anu penting pisan sabab taneuh ogé sapertos spons sareng anjeun bakal éléh dina hal Uap anu lebet kana sénsor upami anjeun henteu tiasa kéngingkeun panyerepan cai anu sami. Poténsi taneuh," saur Andrews. "Sipat-sipat lapisan polivinilidena fluorida ieu ngamungkinkeun urang pikeun ngekstrak cai anu beunghar nitrat, nganteurkeun kana permukaan sénsor sareng ngadeteksi nitrat sacara akurat."
Para panalungtik ngajéntrékeun kamajuanana dina makalah anu diterbitkeun dina Maret 2024 dina jurnal Advanced Materials Technology.
Tim éta nguji sénsorna dina dua jinis taneuh anu béda anu aya hubunganana sareng Wisconsin—taneuh keusik, umum di bagian kalér-tengah nagara bagian, sareng lempung leutak, umum di kidul-kulon Wisconsin—sareng mendakan yén sénsor éta ngahasilkeun hasil anu akurat.
Para panalungtik ayeuna nuju ngahijikeun sénsor nitratna kana sistem sénsor multifungsi anu disebut "sensor sticker," dimana tilu jinis sénsor anu béda dipasang dina permukaan plastik anu fléksibel nganggo lapisan perekat. Stiker éta ogé ngandung sénsor kalembaban sareng suhu.
Para panalungtik bakal masang sababaraha stiker sensorik kana tihang, nempatkeunana dina jangkungna anu béda, teras ngubur tihang éta dina taneuh. Setelan ieu ngamungkinkeun aranjeunna pikeun ngukur dina jerona taneuh anu béda.
"Ku cara ngukur nitrat, kalembaban sareng suhu dina jerona anu béda-béda, ayeuna urang tiasa ngitung prosés pelindian nitrat sareng ngartos kumaha nitrat ngaliwat taneuh, anu sateuacanna teu mungkin," saur Andrews.
Dina usum panas taun 2024, para panalungtik ngarencanakeun pikeun nempatkeun 30 batang sénsor dina taneuh di Stasion Panalungtikan Pertanian Hancock sareng Stasion Panalungtikan Pertanian Arlington di Universitas Wisconsin-Madison pikeun nguji sénsor langkung lanjut.
Waktos posting: Jul-09-2024