Sensores de solo biodegradáveis ​​podem mudar abordagens agrícolas e de conservação

Uma nova pesquisa do Departamento de Engenharia Mecânica Paul M. Rady sobre sensores biodegradáveis ​​pode mudar a maneira como os agricultores rastreiam, medem e respondem em tempo real à atividade microbiana de seu solo, com grandes implicações para lidar com as emissões globais de gases de efeito estufa.

O trabalho, recentemente publicado na Ciência Avançada, foi liderado por Madhur Atreya (Ph.D.MechEngr'22) e pelos professores Greg Whiting e Jason Neff na CU Boulder. Ele descreve como um sensor barato e facilmente impresso pode medir saúde do solo rastreando sua própria decomposição em tempo real tempo—tudo com pouco ou nenhum impacto em seu ambiente externo e por meio do uso de eletrônicos facilmente disponíveis.

“A degradação de um objeto, seja nosso novo sensor ou um carro velho e enferrujado, pode contar uma história sobre seu ambiente. Neste artigo, mostramos que a maneira como um simples dispositivo biodegradável falha no solo pode nos dizer algo sobre a atividade microbiana desse solo que é útil em várias situações”, disse Atreya.

Mais de um terço do solo em todo o mundo está esgotado, o que leva ao aumento do uso de fertilizantes e, por sua vez, ao aumento das emissões de gases de efeito estufa. Atreya disse que obter uma visão específica sobre a quantidade de fertilizante usada em uma área ou quão saudável é o solo em geral é crucial para melhorar o suprimento agrícola e potencialmente retardar a perda de biodiversidade em esforços de conservação mas tem sido tradicionalmente difícil de realizar.

Isso ocorre em parte porque obter métricas relevantes requer remover o solo e enviá-lo para um laboratório para análise. Isso leva tempo e o conteúdo microbiano na amostra e no campo pode mudar entre eles. Atreya disse que outras abordagens para coletar esse tipo de informação são igualmente trabalhosas ou carecem dos relatórios em tempo real e dos aspectos de fácil acesso aos dados que a equipe está tentando alcançar.

“Existem dois programas – o Tea Bag Index e Soil Your Undies – que incentivam as pessoas em todo o mundo a enterrar itens no solo e monitorar quantitativa ou qualitativamente sua decomposição física para entender a saúde do solo ao redor”, disse ele. “Você pode pensar em nosso novo sensor como uma versão eletrônica dessa abordagem.”

A equipe agora está focada em melhorar a capacidade de fabricação e durabilidade de seus sensores.

“Estamos explorando outros materiais que podemos usar para fazer sensores semelhantes que podem ser melhores e para direcionar microbial / solo mais específicoatividade enzimática," ele disse. “Também ganhamos recentemente uma nova concessão do programa ARPA-E do Departamento de Energia, que nos permitirá explorar aspectos do ciclo do nitrogênio do solo.”

Atreya passou um tempo como engenheiro de projeto na indústria antes de vir para CU Boulder para obter seu Ph.D. Ele se formou no verão de 2022 e atualmente trabalha como pesquisador de pós-doutorado na Whiting.

“Tenho me interessado design sustentável por um bom tempo, mas nunca imaginei que trabalharia com eletrônicos biodegradáveis ​​impressos”, disse. “O solo é muito complicado e cada lote pode variar. Felizmente, eu tinha uma grande equipe de solo e especialistas em polímeros em engenharia e em todo o campus para me ajudar e orientar ao longo do caminho.”