В Бельгии исследователи разработали инновационные эластичные датчики на основе жидкого металла, которые закрепляются прямо на плодах и позволяют в режиме реального времени отслеживать диаметр растущих груш. Уникальная технология беспроводного мониторинга, протестированная в исследовательском саду в Синт-Труйдене, обещает заменить громоздкие системы с дронами и камерами, предоставив садоводам данные миллиметровой точности для полива полива и своевременного прореживания урожая деревьев.
Цифровизация мирового садоводства выходит на уровень индивидуального контроля каждого плода благодаря совместной работе бельгийских исследователей из Университета Хассельта и Научно-исследовательского центра плодоводства.
Ученые представили технологию гибкой электроники, способную непрерывно измерять динамику развития груш непосредственно на ветке. В текущем сезоне экспериментальная система прошла масштабные полевые испытания в саду популярного европейского сорта Конференция (Conference), расположенном в исследовательском центре в Синт-Труйдене. Весь цикл наблюдений охватил ключевые фазы жизни сада — от формирования завязей до финального сбора урожая.
Новая технология, опубликованная в журнале Advanced Materials Technologies, призвана дать садоводам инструмент для точной корректировки полива и прогнозирования точного калибра плодов на каждом отдельном участке.
В основе бельгийского изобретения лежит использование галинстана — особого жидкого сплава галлия, индия и олова, сохраняющего жидкое состояние при комнатной температуре. Физики встроили проводящую дорожку из этого жидкого металла внутрь высокоэластичного силиконового материала.
Механика работы устройства проста: по мере того как груша наливается и растет, датчик плавно растягивается вместе с ее кожицей, что приводит к закономерному изменению электрического сопротивления внутри дорожки. Электронный блок фиксирует эти колебания тока и пересчитывает их в изменение диаметра плода.
Одним из главных технологических преимуществ таких датчиков по сравнению с оптическими системами на основе камер или беспилотников стала их точность. Система способна улавливать микродвижения плода и регистрировать изменения диаметра с точностью менее одного миллиметра. При этом устройства практичны: они легко монтируются на плод и после установки вообще не требуют дополнительной калибровки, настройки или сложного обслуживания.
Для обеспечения максимальной эффективности агрономического контроля исследователи создали две взаимодополняющие модификации приборов. Первая версия датчика предназначена для мониторинга самых молодых, едва сформировавшихся плодов. Этот этап критически важен для фазы химического прореживания, в ходе которой часть избыточных молодых груш намеренно удаляется с дерева. Если этого не сделать и оставить на ветках слишком много завязей, дерево истощится, а плоды вырастут мелкими, за что производитель получит значительно меньшую оплату на рынке.
Вторая версия датчика устанавливается уже после процедуры прореживания и остается на своем месте вплоть до уборки, отслеживая финальные темпы созревания.
В дополнение к самим сенсорам ученые развернули на плантации полностью беспроводную систему считывания, которая автоматически аккумулирует сигналы с поля и передает их в единую базу данных, формируя непрерывный и наглядный временной ряд роста для каждого контролируемого образца.
Цель бельгийских исследователей простирается гораздо дальше простого замера размеров. В будущем они планируют объединить получаемые массивы данных о скорости роста плодов с сопутствующей информацией из метеостанций и почвенных датчиков, включая температуру воздуха, уровень осадков, влажность грунта, циклы орошения и специфические методы обработки почвы.
Конечно, вешать датчик на абсолютно каждую грушу в саду никто не планирует — это экономически бессмысленно. Исследователи предлагают использовать эти датчики по принципу «цифрового термометра» для всего сада. Репрезентативная выборка происходит так: садовод выбирает на каждом участке (например, на гектар) несколько типичных, средних деревьев. На них закрепляют датчики на нескольких плодах. Эти выбранные груши становятся индикаторами. Если беспроводная система показывает, что рост плодов-индикаторов на конкретном участке затормозился, это сигнал для агронома: именно этому сектору сада не хватает воды или питания, и нужно срочно скорректировать полив.
С завершением уборочной кампании проект перешел на новый, лабораторный этап. Для детального анализа ученые Университета Хассельта отобрали 60 груш, среди которых 28 плодов развивались под непрерывным контролем датчиков, а 32 составили контрольную группу. Сейчас специалисты тщательно сравнивают их ключевые потребительские параметры, такие как плотность мякоти, вес и содержание сахаров, а также проводят специализированные тесты, чтобы убедиться, что многомесячное ношение эластичного силиконового пояса не оказывает никакого скрытого негативного влияния на физиологию и внутреннее качество фруктов.
Источник: Hasselt University.