Ученые из американского Университета Тафтса разработали систему носимых сенсоров, которые в реальном времени отслеживают физиологическое состояние сельскохозяйственных культур. Технология включает два типа датчиков – для листьев и стеблей – и позволяет заметить, что растение испытывает стресс из-за засухи или засоления почвы, еще до того, как появятся видимые повреждения.
Один из датчиков – это сверхтонкая гибкая наклейка, которая крепится на лист. Она измеряет дефицит давления водяного пара – ключевой показатель, который отражает, насколько интенсивно растение теряет влагу. Это позволяет вовремя определить, что оно начало закрывать устьица для экономии воды, из-за чего снижается интенсивность фотосинтеза. Датчик состоит из нанолистов оксида ванадия и графенового сита и не требует внешнего источника питания. Он сам генерирует энергию из испаряемой с листа влаги: молекулы воды превращаются в ионы, создавая электрический ток, который питает устройство и одновременно служит для измерений.
Второй сенсор – эластичная лента, которая оборачивается вокруг стебля. Ее конструкция, созданная по принципам японского искусства киригами, позволяет ей растягиваться вместе с ростом растения и не повреждаться от ветра. Лента покрыта ионопроводящим гелем и регистрирует, как меняется электрическое сопротивление стебля. По этому параметру можно судить о скорости роста или, наоборот, об усыхании растения под влиянием стресса.
Систему испытали в полевых условиях на болгарском перце. Датчики позволили четко отличить здоровые растения от тех, что страдали от нехватки воды и избытка солей. У здоровых растений наблюдались стабильные суточные циклы испарения, тогда как у растений в стрессе эти циклы были нарушены. Показания датчиков на стеблях подтвердили, что рост угнетенных растений замедлился.
Разработчики планируют расширить функционал сенсоров, чтобы они могли отслеживать уровень питательных веществ и гормонов для ранней диагностики болезней. В будущем устройства оснастят модулями беспроводной связи, такими как LoRa или Bluetooth, чтобы передавать данные с целых полей. Подобная сеть «носимой электроники для растений» сможет дополнить информацию, которую получают со спутников и беспилотников, и поможет повысить урожайность и устойчивость сельского хозяйства.