Cientistas criam sensores biodegradáveis para agricultura de precisão

Pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveram uma tecnologia de detecção de umidade do solo baseada em sensores, na maioria, biodegradáveis. Sensores em aplicações agrícolas, em geral, são usando em grande densidade e precisam ser removidos após o uso. Essa nova abordagem propõe um sistema hiperdenso e sustentável que combina sensores degradáveis simplificados, fonte de alimentação sem fio e informações coletadas em imagem de câmera térmica.

A instalação densa de sensores na agricultura é limitada pela sustentabilidade. Recolher e eliminar os sensores usados, em geral, é um problema. Os pesquisadores falam de estudos anteriores, por exemplo, que espalharam inúmeros sensores como sementes de plantas, no entanto, precisam ser eventualmente recolhidos porque não eram degradáveis. “Em outras palavras, a recuperação e o descarte dos sensores costuma ser um gargalo que limita a densidade e aplicação mais ampla de sensores na agricultura”, comentam.

Segundo os cientistas japoneses, a maioria dos componentes dos sensores é biodegradável, enquanto o material residual tem impacto adverso mínimo no ambiente. Além disso, o componente fertilizante no substrato ajuda a estimular o crescimento das plantas.

Os novos sensores japoneses usam um substrato de nanopapel biodegradável, cera natural e uma linha condutora de estanho ecologicamente correta, segundo os pesquisadores. Os sensores emitem um sinal térmico baseado no teor de umidade do solo. Simultaneamente, a câmera térmica coleta dados do teor de umidade e a localização dos sensores.

Os cientistas concentraram o estudo sensores de umidade do solo, cruciais na agricultura. Podem ser distribuídos pelas plantações, em grande número, como se fossem fertilizantes. A partir daí, os sensores recebem energia de fontes de alimentação sem fio, ativando seus aquecedores. A eficiência da transmissão de energia para os sensores varia com o teor de umidade da superfície do solo, e essa eficiência de transmissão de energia é refletida na temperatura do aquecedor. Portanto, o teor de umidade do solo pode ser determinado utilizando uma câmera térmica com base nos pontos críticos detectados.  A posição da detecção é determinada precisamente com base na posição relativa da câmera e da superfície do solo.

Após um determinado período de utilização (por exemplo, ao final de uma estação), os sensores podem ser cultivados para que componentes fertilizantes do substrato de papel sejam liberados no solo.

Os sensores são alimentados por uma fonte de energia sem fio acoplada por ressonância magnética. Segundo os pesquisadores, o sistema proposto pode ser desenvolvido ainda mais, principalmente em termos de configuração dos sensores. No estudo realizado, os sensores foram colocados em posições e ângulos ideais para transmissão de energia sem o uso de fios. Em aplicações agrícolas reais, não é fácil manter lisa a superfície do solo, portanto os sensores e o sistema de transmissão de energia devem ser melhorados para acomodar terrenos irregulares e mudanças no ângulo da bobina de transmissão.

Além disso, é preciso desenvolver uma fonte de alimentação uniforme para suportar inúmeros sensores e superar um potencial obstáculo na ampliação do sistema proposto. Os sensores degradáveis também precisam ser otimizados para se adaptarem à cultura-alvo e ao local de instalação.

Os cientistas destacam que, embora o conceito introduzido seja baseado em aplicações agrícolas, sua utilização não se limita a esse campo, podendo ser estendido, por exemplo, para o universo da logística em que são necessários grandes volumes de sensores para fazer o rastreamento de ativos.

O estudo foi publicado recentemente na Advanced Sustainable Systems.

Mercado de agricultura de precisão

A agricultura de precisão, ou inteligente, se caracteriza pela implementação de tecnologias avançadas, como Internet das Coisas (IoT), sensores e redes de amplo alcance e baixo consumo de energia, Inteligência Artificial (IA) e satélites, que ajudam a elevar os níveis de produtividade e sustentabilidade de plantações e rebanhos. Em geral, essas tecnologias ajudam a reduzir desperdícios, fornecendo informações sobre água de irrigação, fertilizantes, nutrientes, herbicidas e pesticidas, além de automatizar processos.

Segundo pesquisa da Straits Research, esse é um mercado que, ao nível mundial, deve atingir US$ 66,8 bilhões até 2030, com uma taxa composta de crescimento anual de 18,4% no período de previsão iniciado em 2022. A América do Norte é a região mais avançada em termos de tecnologia digital.

O mercado pode ser dividido em sistemas de hardware, software e serviços. O segmento de hardware lidera a agricultura inteligente, seguido por serviços. A América do Norte é a região mais avançada em tecnologias agrícolas.