MADISON L-inġiniera tal-Università ta’ Wisconsin-Madison żviluppaw sensuri tal-ħamrija bi prezz baxx

Shuohao Cai, student tad-dottorat fix-xjenza tal-ħamrija, iqiegħed virga tas-sensorju bi stiker tas-sensorju multifunzjonali li jippermetti kejl f'fond differenti fil-ħamrija fl-Istazzjon tar-Riċerka Agrikola tal-Università ta' Wisconsin-Madison Hancock.
MADISON — L-inġiniera tal-Università ta’ Wisconsin-Madison żviluppaw sensuri bi prezz baxx li jistgħu jipprovdu monitoraġġ kontinwu u f’ħin reali tan-nitrat f’tipi komuni ta’ ħamrija f’Wisconsin. Dawn is-sensuri elettrokimiċi stampati jistgħu jgħinu lill-bdiewa jieħdu deċiżjonijiet aktar infurmati dwar il-ġestjoni tan-nutrijenti u jiksbu benefiċċji ekonomiċi.
“Is-sensuri tagħna jistgħu jagħtu lill-bdiewa fehim aħjar tal-istatus nutrittiv tal-ħamrija tagħhom u l-ammont ta’ nitrat disponibbli għall-pjanti tagħhom, u jgħinuhom jiddeċiedu b’mod aktar preċiż kemm fertilizzant fil-fatt jeħtieġu,” qal Joseph Andrews, assistent professur fl-Università ta’ Harvard. L-istudju tmexxa mill-Iskola tal-Inġinerija Mekkanika fl-Università ta’ Wisconsin-Madison. “Jekk jistgħu jnaqqsu l-ammont ta’ fertilizzant li jixtru, l-iffrankar fl-ispejjeż jista’ jkun sinifikanti għal irziezet akbar.”
In-nitrati huma nutrijent essenzjali għat-tkabbir tal-għelejjel, iżda n-nitrati żejda jistgħu joħorġu mill-ħamrija u jidħlu fl-ilma ta’ taħt l-art. Dan it-tip ta’ kontaminazzjoni huwa ta’ ħsara għan-nies li jixorbu ilma tal-bir ikkontaminat u huwa ta’ ħsara għall-ambjent. Is-senser il-ġdid tar-riċerkaturi jista’ jintuża wkoll bħala għodda ta’ riċerka agrikola biex jimmonitorja t-tnixxija tan-nitrati u jgħin fl-iżvilupp tal-aħjar prattiki biex jittaffew l-effetti ta’ ħsara tiegħu.
Il-metodi attwali għall-monitoraġġ tan-nitrat tal-ħamrija jeħtieġu ħafna xogħol, huma għaljin, u ma jipprovdux dejta f'ħin reali. Huwa għalhekk li l-espert tal-elettronika stampata Andrews u t-tim tiegħu bdew joħolqu soluzzjoni aħjar u inqas għalja.
F'dan il-proġett, ir-riċerkaturi użaw proċess ta' stampar bil-linka biex joħolqu sensur potenzjometriku, tip ta' sensur elettrokimiku b'film irqiq. Sensuri potenzjometriċi spiss jintużaw biex ikejlu b'mod preċiż in-nitrat f'soluzzjonijiet likwidi. Madankollu, dawn is-sensuri ġeneralment mhumiex adattati għall-użu f'ambjenti tal-ħamrija għaliex partiċelli kbar tal-ħamrija jistgħu jigrifjaw is-sensuri u jipprevjenu kejl preċiż.
“L-isfida ewlenija li konna qed nippruvaw insolvu kienet li nsibu mod kif dawn is-sensuri elettrokimiċi jaħdmu sew f'kundizzjonijiet ħorox tal-ħamrija u jiskopru b'mod preċiż il-joni tan-nitrat,” qal Andrews.
Is-soluzzjoni tat-tim kienet li jqiegħed saff ta’ polyvinylidene fluoride fuq is-senser. Skont Andrews, dan il-materjal għandu żewġ karatteristiċi ewlenin. L-ewwel, għandu pori żgħar ħafna, ta’ madwar 400 nanometru fid-daqs, li jippermettu li l-joni tan-nitrat jgħaddu minn ġo fihom filwaqt li jimblokkaw il-partiċelli tal-ħamrija. It-tieni, huwa idrofiliku, jiġifieri, jattira l-ilma u jassorbih bħal sponża.
"Għalhekk kwalunkwe ilma rikk fin-nitrati preferibbilment jidħol fis-sensuri tagħna, li huwa tassew importanti għaliex il-ħamrija hija wkoll bħal sponża u se titlef il-battalja f'termini ta' umdità li tidħol fis-sensur jekk ma tistax tikseb l-istess assorbiment tal-ilma. Il-potenzjal tal-ħamrija," qal Andrews. "Dawn il-proprjetajiet tas-saff tal-fluworidu tal-poliviniliden jippermettulna nistrattu ilma rikk fin-nitrati, inwassluh sal-wiċċ tas-sensur u niskopru n-nitrat b'mod preċiż."
Ir-riċerkaturi ddettaljaw il-progress tagħhom f'dokument ippubblikat f'Marzu 2024 fil-ġurnal Advanced Materials Technology.
It-tim ittestja s-senser tagħhom fuq żewġ tipi differenti ta’ ħamrija assoċjati ma’ Wisconsin—ħamrija ramlija, komuni f’partijiet tat-tramuntana ċentrali tal-istat, u loam silty, komuni fil-Lbiċ ta’ Wisconsin—u sab li s-sensers ipproduċew riżultati preċiżi.
Ir-riċerkaturi issa qed jintegraw is-senser tan-nitrat tagħhom f'sistema ta' sensuri multifunzjonali li jsejħulha "stikker tas-sensur", fejn tliet tipi differenti ta' sensuri huma mmuntati fuq wiċċ tal-plastik flessibbli bl-użu ta' rinforz adeżiv. L-istikers fihom ukoll sensuri tal-umdità u tat-temperatura.
Ir-riċerkaturi se jwaħħlu diversi stikers sensorji ma’ arblu, ipoġġuhom f’għoli differenti, u mbagħad jidfnu l-arblu fil-ħamrija. Din is-setup ippermettitilhom jieħdu kejl f’fond differenti tal-ħamrija.
“Billi nkejlu n-nitrat, l-umdità u t-temperatura f'fond differenti, issa nistgħu nikkwantifikaw il-proċess ta' lixxivjar tan-nitrat u nifhmu kif in-nitrat jiċċaqlaq fil-ħamrija, li ma kienx possibbli qabel,” qal Andrews.
Fis-sajf tal-2024, ir-riċerkaturi qed jippjanaw li jqiegħdu 30 virga tas-sensuri fil-ħamrija fl-Istazzjon tar-Riċerka Agrikola ta' Hancock u fl-Istazzjon tar-Riċerka Agrikola ta' Arlington fl-Università ta' Wisconsin-Madison biex ikomplu jittestjaw is-sensuri.