Когда дело доходит до мониторинга состояния посевов, аэрофотоснимки, сделанные с высоко летящих самолетов, могут рассказать вам не так много. Вот тут-то и пригодится новый экспериментальный спектральный датчик, который устанавливается непосредственно на нижней стороне листьев отдельных растений.
Разработанное Коитиро Миямото, Каори Кохзумой и коллегами из японского Университета Тохоку, устройство предназначено для использования на ряде «растений-дозорных», расположенных в разных частях каждого поля. Оно состоит из двух частей.
Сама головка датчика прикреплена к нижней стороне листа, где она не будет блокировать воздействие солнечного света на растение. Эта головка соединена кабелем с соседним блоком управления, который включает литиевую батарею, микропроцессор Arduino, антенну и другую электронику.
Через равные промежутки времени два светодиода в головке датчика на короткое время освещают нижнюю часть листа. Фотодиод, расположенный между этими светодиодами, анализирует спектр отраженного света. Диод также снимает показания при выключенных светодиодах, чтобы измерить солнечный свет, проходящий через лист сверху.
Вычитая второе измерение из первого, можно определить спектр светодиодного света, поглощаемого листом. Это показание, в свою очередь, используется для определения текущего цвета листа, который является индикатором здоровья растения (и сезона).
Данные датчика обрабатываются и предоставляются пользователям облачным сервером, к которому датчик получает доступ через сотовую сеть.
Алгоритмы системы были обучены на приблизительно 90 разноцветных листьях, собранных с 30 видов растенийКозума и Миямото
В ходе тестирования технологии ряд сенсорных блоков был прикреплен к листьям золотистых берез, которые росли в экспериментальном саду Токийского университета. Датчики автоматически снимали показания каждые два часа в течение двух недель, поскольку листья естественным образом меняли цвет с зеленого на желтый или коричневый.
Когда показания датчиков были впоследствии проанализированы, было обнаружено, что они близко соответствуют показаниям, которые были получены за тот же период людьми, использующими портативные спектрометры. Однако в крупных сельскохозяйственных условиях ручное снятие показаний последним способом было бы значительно более трудоемким и затратным по времени, чем использование датчиков.
Стоимость изготовления каждого из прототипов составляла «несколько десятков долларов», хотя эта цифра, вероятно, резко снизилась бы, если бы они производились на фабрике в коммерческих целях.
«Этот доступный датчик является многообещающим инструментом для точного мониторинга здоровья и стресса растений с помощью данных об цвете листьев и отражении света», — говорит Кохзума. «Его низкая стоимость позволяет размещать несколько датчиков в разных местах, создавая сеть для одновременного мониторинга во многих точках».
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Sensing and Bio-Sensing Research. Ученые из Массачусетского технологического института, Университета штата Северная Каролина и Университета штата Айова также работают над собственными датчиками стресса, которые можно носить на растениях.
