Новое исследование, проведенное Департаментом машиностроения Пола М. Рэди в области биоразлагаемых датчиков, может изменить способ, которым фермеры отслеживают, измеряют и реагируют в режиме реального времени на микробную активность своей почвы, что имеет большое значение для решения проблемы глобальных выбросов парниковых газов.
Работа, недавно опубликованная в Передовая наука, возглавляли Мадхур Атрея (Ph.D.MechEngr'22) и профессора Грег Уайтинг и Джейсон Нефф из CU Boulder. В нем описывается, как дешевый и легко печатаемый датчик может измерять здоровье почвы отслеживая собственное разложение в реальном время— и все это практически без воздействия на окружающую среду и за счет использования легкодоступной электроники.
«Деградация объекта, будь то наш новый датчик или ржавая старая машина, может рассказать вам историю об окружающей среде. В этой статье мы показываем, что то, как простое биоразлагаемое устройство выходит из строя в почве, может рассказать нам кое-что о микробной активности этой почвы, что полезно в различных ситуациях», — сказал Атрея.
Более трети почв по всему миру истощены, что приводит к увеличению использования удобрений и, в свою очередь, к увеличению выбросов парниковых газов. Атрея сказал, что получение конкретной информации о количестве удобрений, используемых в районе, или о том, насколько здорова эта почва в целом, имеет решающее значение как для улучшения сельскохозяйственных поставок, так и для потенциального замедления потери биоразнообразия в регионе. усилия по сохранению но традиционно было трудно выполнить.
Отчасти это связано с тем, что для получения соответствующих показателей необходимо удалить почву и отправить ее в лабораторию для анализа. Это требует времени, и микробное содержание как в образце, так и в поле может меняться между ними. Атрея сказал, что другие подходы к сбору такого рода информации либо столь же трудоемки, либо им не хватает отчетности в реальном времени и аспектов простого доступа к данным, которых команда пытается достичь.
«Существуют две существующие программы — «Индекс чайных пакетиков» и «Загрязни свое белье», — которые побуждают людей во всем мире закапывать предметы в почву и количественно или качественно отслеживать ее физическое разложение, чтобы понять здоровье окружающей почвы», — сказал он. «Вы можете думать о нашем новом датчике как об электронной версии этого подхода».
Сейчас команда сосредоточена на повышении технологичности и долговечности своих датчиков.
«Мы изучаем другие материалы, которые мы можем использовать, чтобы сделать аналогичные датчики, которые могут быть лучше и нацеливаться на более конкретные почвенные микробы.ферментативная активность," он сказал. «Мы также недавно выиграли новый грант от программы ARPA-E Министерства энергетики, который позволит нам изучить аспекты азотного цикла в почве».
Атрея работал инженером-конструктором в промышленности, а затем поступил в Калифорнийский университет в Боулдере, чтобы получить докторскую степень. Он получил высшее образование летом 2022 года и в настоящее время работает научным сотрудником с докторской степенью в компании Whiting.
«Я заинтересовался устойчивый дизайн в течение довольно долгого времени, но никогда не думал, что буду работать с печатной биоразлагаемой электроникой», — сказал он. «Почва очень сложная, и каждая партия может быть разной. К счастью, у меня была отличная команда почва и эксперты по полимерам в области инженерии и в кампусе, чтобы помогать и наставлять меня на этом пути».