可生物降解的土壤传感器可以改变农业和保护方法

Paul M. Rady机械工程系对可生物降解传感器的新研究可能会改变农民实时跟踪，测量和响应土壤微生物活动的方式，这对解决全球温室气体排放问题具有重大意义。

这项工作最近发表在Advanced Science上，由Madhur Atreya(MechEngr'22博士)和CU Boulder的Greg Whiting和Jason Neff教授领导。它描述了一个廉价且易于打印的传感器如何通过实时跟踪其自身的分解来测量土壤健康状况 - 所有这些都对外部环境几乎没有影响，并且通过使用易于获得的电子设备。

“一个物体的退化，无论是我们的新型传感器还是生锈的旧车，都可以告诉你一个关于它环境的故事。在本文中，我们表明，一个简单的可生物降解装置在土壤中失效的方式可以告诉我们一些关于土壤微生物活动的信息，这在各种情况下都是有用的，“Atreya说。

全球超过三分之一的土壤已经枯竭，这导致化肥使用量增加，进而导致温室气体排放增加。Atreya说，具体了解一个地区的肥料使用量或土壤的整体健康状况对于改善农业供应和可能减缓保护工作中生物多样性的丧失至关重要，但传统上很难实现。

这部分是因为获得相关指标需要去除土壤并将其运送到实验室进行分析。这需要时间，样品和现场中的微生物含量可能会在两者之间发生变化。Atreya说，收集此类信息的其他方法要么同样是劳动密集型的，要么缺乏团队试图实现的实时报告和简单的数据访问方面。

“有两个现有的计划 - 茶包指数和土壤你的内衣 - 鼓励世界各地的人们将物品埋在土壤中，并定量或定性地监测其物理分解，以了解周围的土壤健康状况，”他说。“你可以把我们的新传感器看作是这种方法的电子版本。

该团队现在专注于提高其传感器的可制造性和耐用性。

“我们正在探索其他材料，我们可以用来制造可能更好的类似传感器，并针对更具体的土壤微生物/酶活性，”他说。“我们最近还获得了能源部ARPA-E计划的新资助，这将使我们能够探索土壤氮循环的各个方面。

Atreya在来到CU Boulder获得博士学位之前曾在工业界担任设计工程师。他于2022年夏天毕业，目前在怀廷担任博士后研究员。

“我对可持续设计感兴趣已经有一段时间了，但从未想过我会从事印刷可生物降解电子产品的工作，”他说。“土壤非常复杂，每批土壤都可能有所不同。幸运的是，我有一个由工程和整个校园的土壤和聚合物专家组成的伟大团队，一路帮助和指导我。