Shuohao Cai, una studiente di dutturatu in scienza di u terrenu, mette una asta di sensore cù un adesivo di sensore multifunzione chì permette misurazioni à diverse prufundità in u terrenu à a Stazione di Ricerca Agricola di l'Università di Wisconsin-Madison Hancock.
MADISON — L'ingegneri di l'Università di Wisconsin-Madison anu sviluppatu sensori à pocu costu chì ponu furnisce un monitoraghju cuntinuu è in tempu reale di i nitrati in i tipi di terrenu cumuni di u Wisconsin. Quessi sensori elettrochimichi stampati ponu aiutà l'agricultori à piglià decisioni più infurmate nantu à a gestione di i nutrienti è à ottene benefici ecunomichi.
«I nostri sensori ponu dà à l'agricultori una megliu capiscitura di u statu nutrizionale di u so terrenu è di a quantità di nitrati dispunibile per e so piante, aiutenduli à decide più precisamente di quantu fertilizante anu veramente bisognu», hà dettu Joseph Andrews, assistente prufessore à l'Università di Harvard. U studiu hè statu guidatu da a Scola di Ingegneria Meccanica di l'Università di Wisconsin-Madison. «S'elli ponu riduce a quantità di fertilizante chì compranu, u risparmiu di costi puderia esse significativu per e grande aziende agricole».
I nitrati sò un nutriente essenziale per a crescita di e culture, ma i nitrati in eccessu ponu liscivià da u terrenu è entre in l'acqua sottuterranea. Stu tipu di contaminazione hè dannusu per e persone chì bevenu acqua di pozzu contaminata è hè dannusu per l'ambiente. U novu sensore di i circadori puderia ancu esse adupratu cum'è strumentu di ricerca agricula per monitorà a lisciviazione di nitrati è aiutà à sviluppà e migliori pratiche per mitigà i so effetti dannosi.
I metudi attuali per u monitoraghju di i nitrati di u terrenu sò intensivi in termini di travagliu, cari è ùn furniscenu micca dati in tempu reale. Hè per quessa chì l'espertu di elettronica stampata Andrews è a so squadra anu decisu di creà una suluzione megliu è menu cara.
In questu prughjettu, i circadori anu utilizatu un prucessu di stampa à gettu d'inchiostru per creà un sensore potenziometricu, un tipu di sensore elettrochimicu à film sottile. I sensori potenziometrici sò spessu usati per misurà accuratamente i nitrati in soluzioni liquide. Tuttavia, questi sensori ùn sò generalmente micca adatti per l'usu in ambienti di u terrenu perchè e grande particelle di u terrenu ponu graffià i sensori è impedisce misurazioni precise.
«A sfida principale chì pruvavamu à risolve era di truvà un modu per fà chì sti sensori elettrochimichi funzionanu currettamente in cundizioni di terrenu difficili è rilevenu accuratamente l'ioni di nitrati», hà dettu Andrews.
A suluzione di a squadra hè stata di mette un stratu di fluoruru di polivinilidene nantu à u sensore. Sicondu Andrews, stu materiale hà duie caratteristiche chjave. Prima, hà pori assai chjuchi, di circa 400 nanometri, chì permettenu à l'ioni di nitratu di passà mentre bluccanu e particelle di u terrenu. Siconda, hè idrofilu, vale à dì, attrae l'acqua è l'assorbe cum'è una spugna.
«Cusì, ogni acqua ricca di nitrati si infiltrerà preferenzialmente in i nostri sensori, ciò chì hè veramente impurtante perchè u terrenu hè ancu cum'è una spugna è perderete a battaglia in termini di umidità chì entra in u sensore se ùn pudete micca ottene u listessu assorbimentu d'acqua. Potenziale di u terrenu ", hà dettu Andrews. "Queste proprietà di u stratu di fluoruru di polivinilidene ci permettenu di estrarre acqua ricca di nitrati, di trasmettela à a superficia di u sensore è di rilevà accuratamente i nitrati".
I circadori anu detallatu i so progressi in un articulu publicatu in marzu 2024 in a rivista Advanced Materials Technology.
A squadra hà testatu u so sensore nantu à dui tipi di terrenu sfarenti assuciati à u Wisconsin - terreni sabbiosi, cumuni in e parte centro-settentrionali di u statu, è terreni limosi, cumuni in u suduveste di u Wisconsin - è hà scupertu chì i sensori anu pruduttu risultati precisi.
I circadori stanu avà integrendu u so sensore di nitrati in un sistema di sensori multifunzionale ch'elli chjamanu "adesivu di sensore", in u quale trè tippi diversi di sensori sò muntati nantu à una superficia di plastica flessibile cù un supportu adesivo. L'adesivi cuntenenu ancu sensori di umidità è temperatura.
I circadori attaccanu parechji adesivi sensoriali à un palu, i mettenu à diverse altezze, è dopu intarranu u palu in terra. Questa cunfigurazione li hà permessu di fà misurazioni à diverse prufundità di terra.
«Misurendu i nitrati, l'umidità è a temperatura à diverse prufundità, pudemu avà quantificà u prucessu di lisciviazione di i nitrati è capisce cumu i nitrati si movenu in u terrenu, ciò chì ùn era micca pussibule prima», hà dettu Andrews.
In l'estate di u 2024, i circadori anu previstu di piazzà 30 aste di sensori in u terrenu à a Stazione di Ricerca Agricola di Hancock è à a Stazione di Ricerca Agricola di Arlington à l'Università di Wisconsin-Madison per testà ulteriormente u sensore.
Data di publicazione: 09 lugliu 2024