生分解性土壌水分センサーによる持続可能なスマート農業

土地と水資源の枯渇が進むにつれ、リモートセンシング技術を用いて大気と土壌の環境データをリアルタイムで監視し、作物の収穫量を最適化する精密農業の開発が加速しています。こうした技術の持続可能性を最大限に高めることは、環境を適切に管理し、コストを削減するために不可欠です。
大阪大学の研究者らは、学術誌「Advanced Sustainable Systems」に最近掲載された研究で、ほぼ生分解性のワイヤレス土壌水分センサー技術を開発しました。この研究は、使用済みセンサー機器の安全な廃棄など、精密農業における残された技術的ボトルネックを解決する上で重要なマイルストーンとなります。
世界人口の増加に伴い、農業生産量の最適化と土地・水資源の利用最小化が不可欠です。精密農業は、センサーネットワークを用いて環境情報を収集し、必要な時に必要な場所に資源を適切に配分することで、これらの相反するニーズに対応することを目指しています。
ドローンや衛星は豊富な情報を収集できますが、土壌水分や水分レベルを測定するには理想的ではありません。最適なデータ収集のためには、水分測定装置を地上に高密度に設置する必要があります。センサーが生分解性でない場合、寿命が尽きた時点で回収する必要があり、これは多大な労力と労力を要し、現実的ではありません。本研究の目標は、電子機能と生分解性を一つの技術で実現することです。
「私たちのシステムには、複数のセンサー、ワイヤレス電源、そしてセンシングデータと位置情報の収集・送信を行うサーモグラフィーカメラが含まれています」と、本研究の筆頭著者である春日隆明氏は説明する。「土壌に含まれる成分は主に環境に優しく、ナノペーパー、基質、天然ワックス保護コーティング、カーボンヒーター、錫導線で構成されています。」
この技術は、センサーへの無線エネルギー伝送効率が、センサーヒーターの温度と周囲の土壌の湿度に相関するという事実に基づいています。例えば、平滑な土壌上でセンサーの位置と角度を最適化する場合、土壌水分が5%から30%に増加すると、伝送効率は約46%から約3%に低下します。その後、サーモグラフィカメラが対象エリアの画像を撮影し、土壌水分とセンサーの位置データを同時に収集します。収穫期の終わりには、センサーを土壌に埋めて生分解させることができます。
「0.4メートル×0.6メートルの実証圃場において、12個のセンサーを用いて土壌水分が不足している領域を画像化することに成功しました」と春日氏は述べた。「その結果、当社のシステムは精密農業に必要な高密度センサーにも対応できるようになりました。」
この研究は、ますます資源が制約される世界において、精密農業を最適化する可能性を秘めています。粗粒土壌における不適切なセンサー配置や傾斜角、そして土壌水分レベル以外の土壌環境指標といった、理想的ではない条件下で研究者らの技術の有効性を最大限に引き出すことで、世界中の農業コミュニティにおけるこの技術の広範な活用につながる可能性があります。