可降解的智能无线电传输传感器，用于土壤健康监测
2022-05-20 20:52:10 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
美国普渡大学开发出一款可降解的智能无线电传输传感器，可以利用无人机辅助遥感，精准测量地下土壤含水量，其完全可降解的生物性能最大限度地减少了对环境的影响，为精准农业开辟了新的路径。
据麦姆斯咨询报道，近期，来自美国普渡大学（Purdue University）的一支研究团队首次开发出一款可降解的智能无线电传输传感器（Degradable Intelligent Radio Transmitting Sensor，DIRTS），可以利用无人机辅助遥感，精准测量地下土壤含水量，其完全可降解的生物性能最大限度地减少了对环境的影响，为精准农业开辟了新的路径。该研究成果已发表于Scientific Reports期刊。
DIRTS是一种可生物降解的标签式传感器，其由封装在可生物降解聚合物材料中的谐振天线组成，采用蜿蜒线路结构作为去极化传感标签，并通过折叠技术减小了器件的尺寸。该设计能保证其在预期工作时间内可靠地运行，并在使用寿命结束后自动降解。
DIRTS可用于包括种子播种、作物生长、施肥和收割在内的全周期作物生长监测。在播种初期，DIRTS和种子被一起埋进适宜深度的土壤中，以监测种子周围的土壤健康参数。携带读取器模块的无人机可以通过频繁扫描来读取DIRTS数据，以收集有关土壤特性的信息。由于每次测量不到一分钟，无人机可以在几小时内扫描大面积的土地，非常高效便捷。
DIRTS工作原理
为了将读取器集成在无人机上并对DIRTS数据进行无线读取，研究人员开发了一种轻巧的便携式读出系统，该定制化轻型系统由便携式矢量网络分析仪（VNA）组成，通过功率放大器连接到便携式双极化天线，进而集成在无人机中，可以实现对地下土壤含水量的实时测量。
可集成于无人机的便携式读取器
通过实验证明，DIRTS对低于6%的土壤含水量表现出超过40%的高灵敏度，对3.7-23.5%范围内的土壤含水量检测最低灵敏度为9.07MHz/%，且可以利用无人机从40cm高度对DIRTS进行无线遥感。DIRTS在运行生命周期内能够持续提供稳定可靠的数据，在其出现降解迹象之前，灵敏度变化不到4%。
DIRTS的生物降解实验
在各类现场土壤检测应用中，喷雾无人机是一个理想选择，因其可用于非接触式监测土壤含水量以及农药与水的比例，从而避免了现场作业车辆对土壤造成的压力和破坏。通过将无线传感器标签与无人机遥感辅助相结合，DIRTS能够精准测量土壤参数，同时对其它环境参数具有一定的选择性。
野外土壤监测实验
未来，DIRTS还可以与多光谱成像技术协同使用，通过DIRTS实现地下土壤监测，通过多光谱成像执行地表扫描监测，再加上无人机的辅助，将为精准农业开辟新的研究范式和发展路径。基于DIRTS的技术还可以延伸到更多应用领域，例如食品包装和人体健康监测，其小型化、可生物降解的性能将为其发展带来诸多可能性。
论文信息：https://doi.org/10.1038/s41598-022-12162-z
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