愛荷華州立大學(xué)(ISU)植物科學(xué)研究所(PSI)研究團(tuán)隊(duì)已開發(fā)出新型石墨烯傳感器，可利用黏在植物葉片上的傳感器實(shí)時(shí)了解玉米、大豆等植株的耗水量及耗水速度。

據(jù)報(bào)導(dǎo)，這種新型傳感器能測(cè)量葉片表面濕度，實(shí)時(shí)為農(nóng)民提供作物耗水情況的可行動(dòng)信息，而且可望應(yīng)用于作物管理，乃至于植物育種等領(lǐng)域。

由PatrickSchnable教授領(lǐng)導(dǎo)的ISU植物科學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)，是由植物生物學(xué)家、計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工程師組成。PSI電子和計(jì)算機(jī)工程副教授LiangDong在嘗試解決精確測(cè)量作物耗水量的挑戰(zhàn)時(shí)構(gòu)想出這種微型又低成本的方案。

Dong打造出對(duì)水蒸氣敏感、僅毫米大小的黏合性石墨烯傳感器，來測(cè)量有多少水分從作物上蒸發(fā)，以判斷作物的耗水量及速度。傳感器內(nèi)的石墨烯會(huì)因濕度呈現(xiàn)不同的電導(dǎo)率。而傳感器的電導(dǎo)率可透過流過電流來測(cè)量。

Schnable表示，就像水銀溫度計(jì)一樣，電導(dǎo)率的變化可作為水分測(cè)量?jī)x。隨著溫度升高，汞會(huì)根據(jù)相應(yīng)的溫度標(biāo)度膨脹升高，而附著在作物上的傳感器能以類似方式讀取流失的水分。

有根電線會(huì)從傳感器通向位于莖稈或植物底部的小盒子。盒子將電流轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。Schnable和Dong計(jì)劃嘗試使用不同的Wi-Fi方法將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?。Dong表示，外部濕度不會(huì)影響傳感器的性能。而傳感器的敏感材料面向葉片，因此會(huì)被膠帶保護(hù)而不受灰塵影響。

這款傳感器的最初用途，為讓植物育種者在不同作物品種和雜交種中測(cè)量耐旱性。但Schnable已發(fā)現(xiàn)這種傳感器的最大潛在用途。Schnable表示，農(nóng)民將能利用這種傳感器進(jìn)行水管理決策。

例如，可將這種傳感器裝在一個(gè)中樞灌概系統(tǒng)范圍內(nèi)的多株作物上。葉子上的信息將被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析器，再與中樞灌概系統(tǒng)通訊，告知它要在農(nóng)地的哪里個(gè)部分澆多少水。這種傳感器幾乎可用于任何作物，設(shè)定上幾乎不必花多少時(shí)間。把盒子設(shè)定好，再像貼膠帶一樣把傳感器黏在作物葉子上，過程很簡(jiǎn)單。

美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)與食品研究計(jì)畫(AFRI)將在3年內(nèi)撥款47.2萬美元，讓該團(tuán)隊(duì)能于2019年前在愛荷華州和內(nèi)布拉斯加州進(jìn)行初步現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

ISU農(nóng)學(xué)家及土壤科學(xué)教授MichaelCastellano和WilliamT.Frankenberger將與Dong和Schnable合作指導(dǎo)該測(cè)試。該團(tuán)隊(duì)希望到2020年將傳感器商業(yè)化。ISU研究基金會(huì)已申請(qǐng)?jiān)搨鞲衅鞯膶＠?/P>

Dong表示，這款穿戴式植物傳感器技術(shù)能徹底改變農(nóng)業(yè)用水的管理方法，并加速種植耐旱作物的過程。Schnable指出，農(nóng)民過去始終難以搞清楚作物的耗水量?，F(xiàn)在，有了像OK繃一樣大小的傳感器技術(shù)，農(nóng)民就能準(zhǔn)確知道農(nóng)作物用了多少水。