可伸縮的植物用可穿戴設(shè)備和無(wú)人機(jī)投放的智能標(biāo)簽，其目的是幫助農(nóng)業(yè)向大數(shù)據(jù)化方向改造。大規(guī)模地對(duì)植株進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)在成本上已經(jīng)變得相對(duì)便宜，從2019年開始，將在三個(gè)國(guó)家的大型溫室或農(nóng)田中對(duì)有關(guān)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

這一想法來(lái)自沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）的一些研究人員，他們擁有柔性電子技術(shù)方面的專業(yè)知識(shí)。與在溫室中培育基因工程植物的同事交談之后，他們認(rèn)識(shí)到需要可大規(guī)模部署并能報(bào)告每株植物的情況的便宜傳感器。他們?cè)缙诘?a target="_blank">產(chǎn)品包括用于測(cè)量植物生長(zhǎng)過程中的微米級(jí)變化的可伸縮傳感器以及可通過無(wú)人機(jī)投放、在空中螺旋式下降而落到植物上去的“PlantCopter”溫度和濕度傳感器。

KAUST電氣工程教授Muhammad Mustafa Hussain說(shuō)：“得益于其設(shè)計(jì)架構(gòu)，在部署PlantCopter時(shí)，它們會(huì)戰(zhàn)略性地附著到植物的葉子上。很顯然，并不是每一個(gè)PlantCopter都能附著到植物上，但考慮到它們的低成本，非100%的附著率也還是可以接受的。”

Hussain及其同事們的愿景是通過便宜的生物可降解材料和低功耗的藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到植物上去。他們的研究成果于2019年9月10日在線發(fā)表在了npj Flexible Electronics期刊上，其第一作者為目前在加州理工學(xué)院任博士后研究員的Joanna Nassar。

市場(chǎng)上出售的很多農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往采用經(jīng)過廣泛訓(xùn)練的計(jì)算機(jī)視覺相機(jī)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)，以及插在土壤中的棒狀傳感器來(lái)測(cè)量諸如溫度、濕度等的環(huán)境條件。但是這些設(shè)備往往是要么能力不足以監(jiān)測(cè)植物和環(huán)境條件的較微小變化，要么對(duì)于許多農(nóng)場(chǎng)主來(lái)說(shuō)太昂貴而無(wú)法大規(guī)模使用。

“你能在Home Depot或Amazon上買到的植物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是相當(dāng)昂貴的，而且你必須走遍整塊田地，把它們一個(gè)個(gè)放置好，否則它們不能進(jìn)行通信”。Hussain解釋說(shuō)。“當(dāng)它們?cè)谕ㄐ欧矫孀兊酶斆鲿r(shí)，價(jià)格就會(huì)上漲。”

KAUST開發(fā)的這兩種傳感器依賴的都是一個(gè)低功率系統(tǒng)，在早期實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中該系統(tǒng)每?jī)擅胗涗浺淮螖?shù)據(jù)，平均待機(jī)時(shí)長(zhǎng)為151天。該系統(tǒng)由一個(gè)小型可充電鋰離子電池和一個(gè)可編程片上系統(tǒng)組成，后者具有可用于記錄和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的256kB內(nèi)部閃存。藍(lán)牙芯片使傳感器能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇臒o(wú)人機(jī)或智能手機(jī)上。

首先，研究人員發(fā)明了一種植物用可穿戴傳感器，這種傳感器由聚合物和很薄的金色金屬薄膜制成，可以靈活地附著在植物的任何位置。他們?cè)诖篼満透毁F竹上進(jìn)行了幾個(gè)小時(shí)或幾天的試驗(yàn)，測(cè)試這種可伸縮的應(yīng)變式傳感器，以證明它們能夠探測(cè)到即使是最微小的生長(zhǎng)變化。

其次，該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種3D打印的、可以從無(wú)人機(jī)上大量投放下來(lái)的溫度和濕度傳感器。發(fā)明PlantCopter傳感器的靈感來(lái)自會(huì)像微型直升機(jī)一樣漂浮在空中的蒲公英種子和楓樹種子。這種設(shè)計(jì)可以以最小的努力實(shí)現(xiàn)傳感器的廣泛散布，而用于測(cè)量植物生長(zhǎng)情況的植物用可穿戴設(shè)備仍須以手工方式將其附著在植物上。

初步的演示表明，在PlantCopter從50英尺的高度降落并著陸到地面上時(shí)，該團(tuán)隊(duì)可以用智能手機(jī)與之保持藍(lán)牙連接。但是，他們還沒有對(duì)通過無(wú)人機(jī)大規(guī)模空投PlantCopter的這種更大膽想法進(jìn)行試驗(yàn)。

盡管如此，該團(tuán)隊(duì)還是計(jì)劃在2019年4月之前開發(fā)出一種既具有足夠電池壽命又具有一定自主能力的無(wú)人機(jī)來(lái)履行空投職責(zé)。這一時(shí)間表恰好與在印度、斯里蘭卡和贊比亞這三個(gè)國(guó)家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的計(jì)劃相吻合。

所有那些關(guān)于單個(gè)植物傳感器的討論似乎都微不足道，但將這些傳感器大規(guī)模投放和綜合起來(lái)使用的話，這些傳感器或類似的解決方案可能會(huì)成為席卷整個(gè)農(nóng)業(yè)的大數(shù)據(jù)革命的一部分。為了通過精心部署的無(wú)人機(jī)、機(jī)器人設(shè)備和智能傳感器來(lái)提高生產(chǎn)力，農(nóng)場(chǎng)主們將需要盡可能多的細(xì)粒度數(shù)據(jù)來(lái)了解田地上正在發(fā)生的事情。

Hussain說(shuō)：“我的首要目標(biāo)是收集大量數(shù)據(jù)并將人工智能注入其中，這樣無(wú)人機(jī)就可以做出實(shí)時(shí)決策，如視需要施肥撒藥。我的愿景是將生產(chǎn)力提高哪怕百分之一，我認(rèn)為那就能養(yǎng)活更多的人。”