Bærbare sensorer: Nye dataindsamlingsværktøjer til plantefænotypning

For at imødekomme den stigende globale efterspørgsel efter fødevarer er der behov for at forbedre afgrødeudbyttet gennem effektiv fænotypning. Optisk billedbaseret fænotypning har muliggjort betydelige fremskridt inden for planteavl og afgrødeforvaltning, men står over for begrænsninger i rumlig opløsning og nøjagtighed på grund af dens kontaktløse tilgang.
Bærbare sensorer, der bruger kontaktmålinger, tilbyder et lovende alternativ til in situ-overvågning af plantefænotyper og deres miljø. Trods tidlige fremskridt inden for overvågning af plantevækst og mikroklima er det fulde potentiale af bærbare sensorer til plantefænotypning stadig stort set uudnyttet.
I juli 2023 udgav Plant Phenomics en oversigtsartikel med titlen “Wearable Sensors: New Data Collection Tools for Plant Phenotyping.” Formålet med denne artikel er at undersøge bærbare sensorers evne til at overvåge forskellige plante- og miljøfaktorer, fremhæve deres høje opløsning, alsidighed og minimale invasivitet, samtidig med at eksisterende problemer adresseres og løsninger tilbydes.
Bærbare sensorer tilbyder en revolutionerende tilgang til plantefænotypning og overvinder begrænsningerne ved traditionelle berøringsfri metoder såsom optisk billeddannelse. De tilbyder høj rumlig opløsning, alsidighed og minimal invasivitet, hvilket muliggør måling af forskellige plantefænotyper såsom forlængelse, bladtemperatur, hydrering, biopotentiale og stressresponser.
Innovative teknologier som strækbare belastningsmålere og fleksible elektrodesensorer tilpasser sig planters vækst og morfologi, hvilket letter overvågning i realtid på stedet.
I modsætning til optisk billeddannelse er bærbare sensorer mindre modtagelige for miljøfaktorer og kan give mere præcise data. Når de overvåger bladtemperatur og -fugtighed, bruger bærbare sensorer trådløs forbindelse og avancerede materialer til at give pålidelige og præcise målinger.
Sensorer med fleksible elektroder giver fremskridt inden for måling af biopotentialer, minimerer planteskader og muliggør kontinuerlig overvågning. Detektion af stressreaktioner kan forbedres ved at bruge sensorer, der overvåger tidlige tegn på sygdom eller miljøstress, såsom ultraviolet stråling og ozoneksponering.
Bærbare sensorer er også fremragende til miljøovervågning, hvor de vurderer faktorer som lufttemperatur, fugtighed, lys og tilstedeværelsen af pesticider. Multimodale sensorer på lette, strækbare platforme indsamler realtidsdata, der er afgørende for at forstå de mikromiljøer, der påvirker plantevækst.
Selvom bærbare sensorer er meget lovende til plantefænotypning, står de også over for udfordringer såsom interferens med plantevækst, svage bindingsflader, begrænsede signaltyper og lille overvågningsdækning. Løsningerne omfatter lette, bløde, strækbare og transparente materialer samt avancerede bindingsteknologier og integration af flere målemetoder.
I takt med at bærbar sensorteknologi fortsætter med at udvikle sig, forventes den at spille en nøglerolle i at accelerere planters fænotypning og give større indsigt i interaktioner mellem planter og miljø.