Technologia „laboratorium na chipie” pozwala na precyzyjne pomiary składników odżywczych w glebie
Nawozy dostarczają roślinom kluczowych składników odżywczych, które zwiększają plony. Zwiększenie wydajności produkcji rolnej stanowi zarówno zachętę ekonomiczną dla rolników, jak i wyzwanie dla rosnącej populacji świata. Jednak badania wskazują, że aż 60% gruntów rolnych w Unii Europejskiej jest nadmiernie nawożonych, co ma negatywny wpływ na różnorodność biologiczną, jakość wody i plony. Rolnicy potrzebują dokładnych informacji na temat tego, co dzieje się pod ziemią, a w ramach finansowanego przez Europejską Radę ds. Innowacji projektu SOILMONITOR(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowano rozwiązanie – miniaturowe urządzenie do badania gleby, zaprojektowane tak, by pobierać sto próbek rocznie i analizować je pod kątem zawartości kluczowych składników odżywczych. Udostępnienie rolnikom tych dokładnych i aktualnych informacji umożliwia dostosowanie nawożenia do konkretnych potrzeb, co pozwala zoptymalizować plony przy jednoczesnym ograniczeniu negatywnego wpływu na środowisko.
Urządzenie do monitorowania gleby typu „laboratorium na chipie” dla rolników
Urządzenie do monitorowania gleby, od którego pochodzi nazwa projektu, zostało opracowane na Uniwersytecie w Kilonii w Niemczech i powstało w oparciu o wcześniejszy projekt BEAMOLED. W skład tego multidyscyplinarnego zespołu weszli eksperci z dziedziny inżynierii chemicznej, elektrotechniki, gleboznawstwa oraz biznesu. System typu „laboratorium na chipie” (o wymiarach 25 cm x 15 cm x 10 cm) jest zakopany na głębokości od 30 do 60 cm pod ziemią, na wysokości korzeni, i ma rozmiar zbliżony do pudełka na buty. Pobieranie wody z gleby odbywa się za pomocą porowatego ceramicznego elementu wlotowego z tlenku glinu oraz pompy perystaltycznej. Chociaż pobieranie próbek jest łatwiejsze w przypadku gleb piaszczystych, niewielka ilość potrzebna do analizy gleby sprawia, że urządzenie sprawdza się dobrze w różnych warunkach. Następnie próbka gleby jest analizowana na chipie mikroprzepływowym(odnośnik otworzy się w nowym oknie), którego prototypy powstają zgodnie z tym, co pokazano na filmie przygotowanym w ramach projektu(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Wykorzystując testy barwotwórcze oraz optyczny system odczytu oparty na wynikach projektu BEAMOLED, monitor gleby określa obecność i stężenie wybranych składników odżywczych, a następnie przesyła dane do telefonu komórkowego rolnika za pośrednictwem sieci LoRaWAN(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Obecnie w ramach projektu wykorzystuje się również wąskopasmową technologię bezprzewodową IoT do przesyłania tych informacji. Partnerzy projektu przewidują rozmieszczenie od trzech do ośmiu urządzeń na każdym polu, w zależności od heterogeniczności gleby. Po zainstalowaniu urządzeń wbudowana funkcja testowa umożliwi rolnikom sprawdzenie ich poprawnego działania przed zasypaniem wykopu instalacyjnego. W trakcie 12-miesięcznej autonomicznej pracy monitor gleby będzie gromadził zużyte próbki i odczynniki w jednorazowym wkładzie.
Spółka typu spin-off zajmująca się monitorowaniem gleby
Jako beneficjenci grantu EIC Transition(odnośnik otworzy się w nowym oknie) badacze z projektu SOILMONITOR od samego początku uwzględniali w planie projektu działania związane z komercjalizacją. Spółka spin-off zajmie się wprowadzeniem na rynek systemu monitorowania gleby przeznaczonego do upraw o wysokiej wartości, takich jak warzywa i nasiona, a w dalszej perspektywie planuje rozszerzyć zakres jego zastosowań. Koordynatorka projektu Martina Gerken przewiduje, że w dłuższej perspektywie cena wyniesie poniżej 500 euro za sztukę. Zanim cena spadnie do przystępnego poziomu, monitor gleby będzie dobrą inwestycją. „Rolnicy będą mogli bardzo szybko odzyskać zainwestowane środki”, wyjaśnia Gerken. „W przypadku upraw o wysokiej wartości, takich jak pomidory czy truskawki, nawet ostrożnie oszacowana 5% poprawa plonu nadającego się do sprzedaży dzięki zoptymalizowanemu zarządzaniu składnikami odżywczymi może zrekompensować koszt czujnika już w ciągu jednego sezonu wegetacyjnego”. System monitorowania gleby został zaprojektowany tak, aby działał bezobsługowo przez rok, ale samo urządzenie jest przystosowane do długotrwałego użytkowania. „Stosujemy strategię, która opiera się na tanim produkcie bazowym i przychodach z jego eksploatacji”, wyjaśnia Gerken. „Rolnicy kupują system czujników tylko raz, a następnie co roku wymieniają wkłady zawierające elementy mikroprzepływowe”. Projekt SOILMONITOR wprowadził na rynek gotowe do wdrożenia rozwiązanie dla rolnictwa precyzyjnego. To niewielkie urządzenie, które jest łatwe w obsłudze i warte swojej ceny, pozwoli zwiększyć plony i przyczyni się do ochrony środowiska.
