Cảm biến nông nghiệp: cải thiện cây trồng, nuôi sống thế giới

Việc thu hoạch sẽ phải mở rộng để nuôi sống dân số thế giới ngày càng tăng trong những thập kỷ tiếp theo. Để đạt được mục tiêu mà không tăng diện tích canh tác thì cần phải có các loại cây trồng năng suất cao và nhiều nhà nghiên cứu đang sử dụng các bộ cảm biến để chọn cây trồng tối ưu theo loại đất và thời tiết.

Trong lai tạo và chọn giống cây trồng theo phương pháp kiểu hình, các nhà nghiên cứu ngày càng dựa vào cảm biến. Ví dụ, các nhà khoa học đã thiết lập một phòng thí nghiệm ngoài trời thực nghiệm tại trường Đại học Klein Altendorf, thành phố Bonn - Đức.

Dựa vào cảm biến laser, máy quét đồng ruộng sẽ lưu giữ hình ảnh ba chiều (3D) của cánh đồng giúp xác định những điều kiện để cây trồng tăng trưởng tốt. Nhờ hình ảnh ba chiều thu thập được, các nhà nghiên cứu tự động tính được mức độ tăng trưởng của cây trồng; sinh khối có thể ước tính từ chiều cao của cây trồng và được kiểm tra chéo với kết quả đo bằng tay ngẫu nhiên trên đồng ruộng.

Nhà nông học Stefan Pätzold, đại học Bonn sử dụng cảm biến tia gamma để “nhìn vào” đất nhờ phóng xạ tự nhiên của các đồng vị như kali 40. Theo Pätzold, chúng ta có thể biết rất nhiều về sự phân bố của các nguyên tố trong đất nhờ quang phổ kế gamma. Các dữ liệu này sau đó được sử dụng trong việc phân tích đất thông thường để thu thập thông tin về hàm lượng sét hoặc cát trong đất.

Kiến thức này đặc biệt quan trọng đối với những nhà sản xuất rượu vang. Tobias Hegemann, cộng sự với Stefan Pätzold cho rằng các loại nho khác nhau cần những chất khác nhau từ đất; thậm chí môi trường đất có thể thay đổi hương vị của vang.

Một trong những nỗi lo lớn nhất đối với nhà nông là ký sinh trùng. Giun tóc, tuyến trùng thường tấn công rễ củ cải đường. Nhưng mới đây, nhà nông học Birgit Fricke của Bonn có thể tìm thấy ký sinh trùng nhờ bộ cảm biến quang phổ để đo sóng ánh sáng nên không cần phải nhổ củ cải đường lên như nhà nông thường làm. Đây là cách các nhà nghiên cứu có thể phát hiện và loại trừ ký sinh trùng từ sớm, mà không làm tổn hại đến củ cải đường - một quy trình không xâm lấn.

Cảm biến quang phổ cũng có thể được sử dụng để tìm hiểu về sự phát triển của cây trồng tu theo các hàm lượng khác nhau của các chất dinh dưỡng trong đất.
 

Birgit Fricke với một cảm biến quang phổ

Franz Ferdinand-Gröblinghoff, trường Cao đẳng kỹ thuật South-Westphalia đã phát triển một chiếc xe cảm biến chứa hai bộ cảm biến khác nhau. Ông và các đồng nghiệp đưa các dữ liệu từ những cảm biến này vào phần mềm cho phép khai thác thông tin nhanh chóng.
Bằng cách sử dụng các cảm biến, các nhà nghiên cứu có thể vẽ một bức tranh chi tiết: giống cây trồng, đất, phân bón, thông tin về cách điều trị tốt nhất và nhiều thông tin khác, tập trung trong một cơ sở dữ liệu. Các nhà nghiên cứu tin rằng sau khoảng hai giờ làm việc mệt nhọc, người nông dân có nhiều khả năng sẽ mắc một số lỗi kỹ thuật nhưng nếu dùng các cảm biến nông nghiệp thì mọi chuyện sẽ chạy trơn tru cả ngày và cung cấp kết quả khách quan.