Умное сельское хозяйство. Специальные чипы помогут ученым мониторить здоровье растений

Предполагается, что исследователи смогут отслеживать наличие патогенов и факторов стресса у растений с помощью специальных накладок, размещенных на них.

Болезни растений ежегодно приводят к потере от 20 до 40% урожая, что приводит не только к сокращению производства продуктов питания, но и значительно сокращает видовое разнообразие. И это без учета финансовой стороны — ведь на борьбу с заболеваниями растений требуются колоссальные затраты, пишет New Atlas.

Продовольственный кризис с каждым годом лишь усугубляется, а по данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, уже к 2030 году около 8% всего населения планеты столкнется с недостатком продовольствия. Статистика свидетельствует о том, что к концу этого десятилетия 670 миллионов человек будут недоедать.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Именно потому ученые сосредоточились на развитии умного сельского хозяйства, предполагающее использование инновационных технологий, которые позволили бы получать информацию непосредственно от растений о таких важных факторах как:

вода;
тип почвы;
болезни;
факторы риска окружающей среды.

Подобные разработки сегодня рассматриваются учеными в качестве способов обеспечения продовольственной безопасности всего человечества. В ходе исследования ученые из Университета штата Северная Каролина разработали продвинутый электронный патч, который "носят" растения. Он помещается непосредственно на листья и собирает данные о патогенных инфекциях и факторах риска окружающей среды. В результате исследователи могут контролировать "здоровье" растений и вмешаться до того, как существенная часть урожая будет потеряна.

Отметим, что данные датчики не являются чем-то новым, а скорее представляют собой обновленную версию. Патчи представляют собой крохотные накладки, не более 30 мм в длину. Они крепятся к нижней части листа растения — дело в том, что именно здесь располагается больше всего устьиц и пор, с помощью которых дышит растение. Сам патч содержит датчики и электроды на основе серебряных нанопроволок, которые позволяют отслеживать здоровье растения в реальном времени.

По словам соавтора исследования Юн Чжу, новые патчи позволяют контролировать температуру, влажность окружающей среды и количество влаги, которое поглощают растения через листья. Чтобы проверить свой новый пластырь, исследователи использовали помидор, который является одним из наиболее широко потребляемых сельскохозяйственных продуктов. К тому же растения томата крайне восприимчивы ко многим патогенам, а потому он являлся отличным кандидатом для эксперимента.

Исследователи разместили в теплице томаты, зараженные тремя патогенами:

вирусом пятнистого увядания томатов;
ранней гнилью (грибковая инфекция);
фитофторозом, вызванный грибковым патогеном.

Кроме того, растения в теплице также подвергались различным стрессам, например:

чрезмерный полив;
засуха;
недостаток света;
высокая засоленность.

Исследователи собрали данные растений, а затем использовали машинное обучение, чтобы понять, какая модель является наиболее эффективной для сбора информации. Ученые пришли к выводу, что для эффективного отслеживания растений потребуется минимум три датчика.

Эксперименты показывают, что, используя, три датчика на участке, ученые смогли определить болезнь томата уже через четыре дня. Это отличный результат, потому что, как правило, никаких явных признаков болезни эти растения не подают в течение первых 10-14 дней.

Далее исследователи планируют сделать накладки беспроводными, а затем протестировать их за пределами теплицы. Если это сработает, работники сельскохозяйственного сектора смогут отслеживать здоровье растений, а ежегодные потери урожая из-за болезней существенно сократятся.

Ранее Фокус писал о том, чтоученые опровергают мнение о способности растений ощущать боль.