മാഡിസൺ വിസ്കോൺസിൻ-മാഡിസൺ സർവകലാശാലയിലെ എഞ്ചിനീയർമാർ ചെലവ് കുറഞ്ഞ മണ്ണ് സെൻസറുകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.

മണ്ണ് ശാസ്ത്രത്തിൽ ഡോക്ടറേറ്റ് വിദ്യാർത്ഥിയായ ഷുഹാവോ കായ്, വിസ്കോൺസിൻ-മാഡിസൺ ഹാൻകോക്ക് കാർഷിക ഗവേഷണ കേന്ദ്രത്തിലെ സർവകലാശാലയിൽ മണ്ണിന്റെ വിവിധ ആഴങ്ങളിൽ അളവുകൾ എടുക്കാൻ അനുവദിക്കുന്ന മൾട്ടിഫംഗ്ഷൻ സെൻസർ സ്റ്റിക്കർ ഉള്ള ഒരു സെൻസർ വടി സ്ഥാപിക്കുന്നു.
മാഡിസൺ - വിസ്കോൺസിൻ-മാഡിസൺ സർവകലാശാലയിലെ എഞ്ചിനീയർമാർ സാധാരണ വിസ്കോൺസിൻ മണ്ണിലെ നൈട്രേറ്റിന്റെ തുടർച്ചയായ, തത്സമയ നിരീക്ഷണം നൽകാൻ കഴിയുന്ന കുറഞ്ഞ ചെലവിലുള്ള സെൻസറുകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. ഈ അച്ചടിച്ച ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സെൻസറുകൾ കർഷകരെ കൂടുതൽ അറിവുള്ള പോഷക മാനേജ്മെന്റ് തീരുമാനങ്ങൾ എടുക്കുന്നതിനും സാമ്പത്തിക നേട്ടങ്ങൾ കൈവരിക്കുന്നതിനും സഹായിക്കും.
"കർഷകർക്ക് അവരുടെ മണ്ണിന്റെ പോഷക നിലവാരത്തെക്കുറിച്ചും അവരുടെ സസ്യങ്ങൾക്ക് ലഭ്യമായ നൈട്രേറ്റിന്റെ അളവിനെക്കുറിച്ചും ഞങ്ങളുടെ സെൻസറുകൾക്ക് മികച്ച ഗ്രാഹ്യം നൽകാൻ കഴിയും, ഇത് അവർക്ക് യഥാർത്ഥത്തിൽ എത്ര വളം ആവശ്യമാണെന്ന് കൂടുതൽ കൃത്യമായി തീരുമാനിക്കാൻ അവരെ സഹായിക്കുന്നു," ഹാർവാർഡ് സർവകലാശാലയിലെ അസിസ്റ്റന്റ് പ്രൊഫസർ ജോസഫ് ആൻഡ്രൂസ് പറഞ്ഞു. വിസ്കോൺസിൻ-മാഡിസൺ സർവകലാശാലയിലെ സ്കൂൾ ഓഫ് മെക്കാനിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗാണ് പഠനത്തിന് നേതൃത്വം നൽകിയത്. "അവർ വാങ്ങുന്ന വളത്തിന്റെ അളവ് കുറയ്ക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, വലിയ ഫാമുകൾക്ക് ചെലവ് ലാഭിക്കുന്നത് ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കും."
വിളകളുടെ വളർച്ചയ്ക്ക് നൈട്രേറ്റുകൾ അത്യാവശ്യമായ ഒരു പോഷകമാണ്, എന്നാൽ അധിക നൈട്രേറ്റുകൾ മണ്ണിൽ നിന്ന് ഒലിച്ചിറങ്ങി ഭൂഗർഭജലത്തിലേക്ക് പ്രവേശിക്കും. മലിനമായ കിണർ വെള്ളം കുടിക്കുന്ന ആളുകൾക്ക് ഇത്തരത്തിലുള്ള മലിനീകരണം ദോഷകരവും പരിസ്ഥിതിക്ക് ദോഷകരവുമാണ്. നൈട്രേറ്റ് ചോർച്ച നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനും അതിന്റെ ദോഷകരമായ ഫലങ്ങൾ ലഘൂകരിക്കുന്നതിനുള്ള മികച്ച രീതികൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനും സഹായിക്കുന്നതിന് ഗവേഷകരുടെ പുതിയ സെൻസർ ഒരു കാർഷിക ഗവേഷണ ഉപകരണമായും ഉപയോഗിക്കാം.
മണ്ണിലെ നൈട്രേറ്റ് നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനുള്ള നിലവിലെ രീതികൾക്ക് സമയമെടുക്കും, ചെലവേറിയതും, തത്സമയ ഡാറ്റ നൽകുന്നതുമല്ല. അതുകൊണ്ടാണ് പ്രിന്റഡ് ഇലക്ട്രോണിക്സ് വിദഗ്ധൻ ആൻഡ്രൂസും സംഘവും മികച്ചതും വിലകുറഞ്ഞതുമായ ഒരു പരിഹാരം സൃഷ്ടിക്കാൻ തീരുമാനിച്ചത്.
ഈ പദ്ധതിയിൽ, ഗവേഷകർ ഒരു ഇങ്ക്ജെറ്റ് പ്രിന്റിംഗ് പ്രക്രിയ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു പൊട്ടൻഷ്യോമെട്രിക് സെൻസർ സൃഷ്ടിച്ചു, ഒരു തരം നേർത്ത ഫിലിം ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സെൻസർ. ദ്രാവക ലായനികളിലെ നൈട്രേറ്റിന്റെ അളവ് കൃത്യമായി അളക്കാൻ പൊട്ടൻഷ്യോമെട്രിക് സെൻസറുകൾ പലപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, വലിയ മണ്ണിന്റെ കണികകൾക്ക് സെൻസറുകളിൽ മാന്തികുഴിയുണ്ടാക്കാനും കൃത്യമായ അളവുകൾ തടയാനും കഴിയുമെന്നതിനാൽ, ഈ സെൻസറുകൾ സാധാരണയായി മണ്ണിന്റെ പരിതസ്ഥിതികളിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ അനുയോജ്യമല്ല.
"ഞങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ ശ്രമിച്ച പ്രധാന വെല്ലുവിളി, കഠിനമായ മണ്ണിന്റെ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഈ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സെൻസറുകൾ ശരിയായി പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനും നൈട്രേറ്റ് അയോണുകൾ കൃത്യമായി കണ്ടെത്തുന്നതിനുമുള്ള ഒരു മാർഗം കണ്ടെത്തുക എന്നതായിരുന്നു," ആൻഡ്രൂസ് പറഞ്ഞു.
സെൻസറിൽ പോളി വിനൈലിഡിൻ ഫ്ലൂറൈഡിന്റെ ഒരു പാളി സ്ഥാപിക്കുക എന്നതായിരുന്നു സംഘത്തിന്റെ പരിഹാരം. ആൻഡ്രൂസിന്റെ അഭിപ്രായത്തിൽ, ഈ വസ്തുവിന് രണ്ട് പ്രധാന സ്വഭാവങ്ങളുണ്ട്. ഒന്നാമതായി, ഇതിന് വളരെ ചെറിയ സുഷിരങ്ങളുണ്ട്, ഏകദേശം 400 നാനോമീറ്റർ വലിപ്പമുണ്ട്, ഇത് മണ്ണിന്റെ കണികകളെ തടയുമ്പോൾ നൈട്രേറ്റ് അയോണുകൾ കടന്നുപോകാൻ അനുവദിക്കുന്നു. രണ്ടാമതായി, ഇത് ഹൈഡ്രോഫിലിക് ആണ്, അതായത്, ഇത് ജലത്തെ ആകർഷിക്കുകയും ഒരു സ്പോഞ്ച് പോലെ ആഗിരണം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.
"അതിനാൽ നൈട്രേറ്റ് അടങ്ങിയ ഏതൊരു വെള്ളവും നമ്മുടെ സെൻസറുകളിലേക്ക് കൂടുതൽ ചോർച്ച വരുത്തും, ഇത് വളരെ പ്രധാനമാണ്, കാരണം മണ്ണ് ഒരു സ്പോഞ്ച് പോലെയാണ്, അതേ ജല ആഗിരണം നിങ്ങൾക്ക് ലഭിക്കുന്നില്ലെങ്കിൽ സെൻസറിലേക്ക് ഈർപ്പം എത്തുന്ന കാര്യത്തിൽ നിങ്ങൾ പരാജയപ്പെടും. മണ്ണിന്റെ സാധ്യത," ആൻഡ്രൂസ് പറഞ്ഞു. "പോളിനൈലിഡിൻ ഫ്ലൂറൈഡ് പാളിയുടെ ഈ ഗുണങ്ങൾ നൈട്രേറ്റ് അടങ്ങിയ വെള്ളം വേർതിരിച്ചെടുക്കാനും സെൻസർ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് എത്തിക്കാനും നൈട്രേറ്റ് കൃത്യമായി കണ്ടെത്താനും ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു."
2024 മാർച്ചിൽ അഡ്വാൻസ്ഡ് മെറ്റീരിയൽസ് ടെക്നോളജി ജേണലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പ്രബന്ധത്തിൽ ഗവേഷകർ തങ്ങളുടെ പുരോഗതി വിശദീകരിച്ചു.
വിസ്കോൺസിനുമായി ബന്ധപ്പെട്ട രണ്ട് വ്യത്യസ്ത മണ്ണ് തരങ്ങളിലാണ് സംഘം സെൻസർ പരീക്ഷിച്ചത് - സംസ്ഥാനത്തിന്റെ വടക്കൻ-മധ്യ ഭാഗങ്ങളിൽ സാധാരണയായി കാണപ്പെടുന്ന മണൽ നിറഞ്ഞ മണ്ണിലും തെക്കുപടിഞ്ഞാറൻ വിസ്കോൺസിനിൽ സാധാരണയായി കാണപ്പെടുന്ന ചെളി നിറഞ്ഞ പശിമരാശി മണ്ണിലും - സെൻസറുകൾ കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകുന്നുണ്ടെന്ന് കണ്ടെത്തി.
ഗവേഷകർ ഇപ്പോൾ അവരുടെ നൈട്രേറ്റ് സെൻസറിനെ "സെൻസർ സ്റ്റിക്കർ" എന്ന് വിളിക്കുന്ന ഒരു മൾട്ടിഫങ്ഷണൽ സെൻസർ സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് സംയോജിപ്പിക്കുകയാണ്, അതിൽ മൂന്ന് വ്യത്യസ്ത തരം സെൻസറുകൾ ഒരു പശ പിൻഭാഗം ഉപയോഗിച്ച് വഴക്കമുള്ള പ്ലാസ്റ്റിക് പ്രതലത്തിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. സ്റ്റിക്കറുകളിൽ ഈർപ്പം, താപനില സെൻസറുകൾ എന്നിവയും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.
ഗവേഷകർ ഒരു പോസ്റ്റിൽ നിരവധി സെൻസറി സ്റ്റിക്കറുകൾ ഘടിപ്പിക്കുകയും അവയെ വ്യത്യസ്ത ഉയരങ്ങളിൽ സ്ഥാപിക്കുകയും തുടർന്ന് പോസ്റ്റ് മണ്ണിൽ കുഴിച്ചിടുകയും ചെയ്യും. ഈ സജ്ജീകരണം അവർക്ക് വ്യത്യസ്ത മണ്ണിന്റെ ആഴങ്ങളിൽ അളവുകൾ എടുക്കാൻ അനുവദിച്ചു.
"വ്യത്യസ്ത ആഴങ്ങളിൽ നൈട്രേറ്റ്, ഈർപ്പം, താപനില എന്നിവ അളക്കുന്നതിലൂടെ, നമുക്ക് ഇപ്പോൾ നൈട്രേറ്റ് ലീച്ചിംഗ് പ്രക്രിയ അളക്കാനും നൈട്രേറ്റ് മണ്ണിലൂടെ എങ്ങനെ നീങ്ങുന്നുവെന്ന് മനസ്സിലാക്കാനും കഴിയും, അത് മുമ്പ് സാധ്യമായിരുന്നില്ല," ആൻഡ്രൂസ് പറഞ്ഞു.
2024-ലെ വേനൽക്കാലത്ത്, വിസ്കോൺസിൻ-മാഡിസൺ സർവകലാശാലയിലെ ഹാൻകോക്ക് കാർഷിക ഗവേഷണ കേന്ദ്രത്തിലും ആർലിംഗ്ടൺ കാർഷിക ഗവേഷണ കേന്ദ്രത്തിലും 30 സെൻസർ ദണ്ഡുകൾ മണ്ണിൽ സ്ഥാപിക്കാൻ ഗവേഷകർ പദ്ധതിയിടുന്നു.