మాడిసన్ యూనివర్సిటీ ఆఫ్ విస్కాన్సిన్-మాడిసన్ ఇంజనీర్లు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన నేల సెన్సార్లను అభివృద్ధి చేశారు.

విస్కాన్సిన్-మాడిసన్ హాంకాక్ వ్యవసాయ పరిశోధనా కేంద్రంలో నేల శాస్త్రంలో డాక్టరల్ విద్యార్థి అయిన షుయోహావో కై, మట్టిలోకి వివిధ లోతులలో కొలతలు తీసుకోవడానికి అనుమతించే మల్టీఫంక్షన్ సెన్సార్ స్టిక్కర్‌తో కూడిన సెన్సార్ రాడ్‌ను ఉంచాడు.
మాడిసన్ - విస్కాన్సిన్-మాడిసన్ విశ్వవిద్యాలయ ఇంజనీర్లు సాధారణ విస్కాన్సిన్ నేల రకాల్లో నైట్రేట్ యొక్క నిరంతర, నిజ-సమయ పర్యవేక్షణను అందించగల తక్కువ-ధర సెన్సార్లను అభివృద్ధి చేశారు. ఈ ముద్రిత ఎలక్ట్రోకెమికల్ సెన్సార్లు రైతులకు మరింత సమాచారంతో కూడిన పోషక నిర్వహణ నిర్ణయాలు తీసుకోవడంలో మరియు ఆర్థిక ప్రయోజనాలను పొందడంలో సహాయపడతాయి.
"మా సెన్సార్లు రైతులకు వారి నేల యొక్క పోషక స్థితి మరియు వారి మొక్కలకు అందుబాటులో ఉన్న నైట్రేట్ మొత్తాన్ని బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి సహాయపడతాయి, వారికి వాస్తవానికి ఎంత ఎరువులు అవసరమో మరింత ఖచ్చితంగా నిర్ణయించడంలో సహాయపడతాయి" అని హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయంలో అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్ జోసెఫ్ ఆండ్రూస్ అన్నారు. విస్కాన్సిన్-మాడిసన్ విశ్వవిద్యాలయంలోని స్కూల్ ఆఫ్ మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్ ఈ అధ్యయనానికి నాయకత్వం వహించింది. "వారు కొనుగోలు చేసే ఎరువుల పరిమాణాన్ని తగ్గించగలిగితే, పెద్ద పొలాలకు ఖర్చు ఆదా గణనీయంగా ఉంటుంది."
పంటల పెరుగుదలకు నైట్రేట్లు ఒక ముఖ్యమైన పోషకం, కానీ అదనపు నైట్రేట్లు నేల నుండి లీక్ అయి భూగర్భ జలాల్లోకి ప్రవేశిస్తాయి. కలుషితమైన బావి నీటిని తాగేవారికి ఈ రకమైన కాలుష్యం హానికరం మరియు పర్యావరణానికి హానికరం. నైట్రేట్ లీచింగ్‌ను పర్యవేక్షించడానికి మరియు దాని హానికరమైన ప్రభావాలను తగ్గించడానికి ఉత్తమ పద్ధతులను అభివృద్ధి చేయడంలో సహాయపడటానికి పరిశోధకుల కొత్త సెన్సార్‌ను వ్యవసాయ పరిశోధన సాధనంగా కూడా ఉపయోగించవచ్చు.
నేల నైట్రేట్‌ను పర్యవేక్షించడానికి ప్రస్తుత పద్ధతులు శ్రమతో కూడుకున్నవి, ఖరీదైనవి మరియు నిజ-సమయ డేటాను అందించవు. అందుకే ప్రింటెడ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ నిపుణుడు ఆండ్రూస్ మరియు అతని బృందం మెరుగైన, తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన పరిష్కారాన్ని రూపొందించడానికి బయలుదేరారు.
ఈ ప్రాజెక్టులో, పరిశోధకులు ఇంక్‌జెట్ ప్రింటింగ్ ప్రక్రియను ఉపయోగించి పొటెన్షియోమెట్రిక్ సెన్సార్‌ను రూపొందించారు, ఇది ఒక రకమైన సన్నని-ఫిల్మ్ ఎలక్ట్రోకెమికల్ సెన్సార్. ద్రవ ద్రావణాలలో నైట్రేట్‌ను ఖచ్చితంగా కొలవడానికి పొటెన్షియోమెట్రిక్ సెన్సార్‌లను తరచుగా ఉపయోగిస్తారు. అయితే, ఈ సెన్సార్లు సాధారణంగా నేల వాతావరణంలో ఉపయోగించడానికి తగినవి కావు ఎందుకంటే పెద్ద నేల కణాలు సెన్సార్‌లను గీసుకుని ఖచ్చితమైన కొలతలను నిరోధించగలవు.
"మేము పరిష్కరించడానికి ప్రయత్నిస్తున్న ప్రధాన సవాలు ఏమిటంటే, ఈ ఎలక్ట్రోకెమికల్ సెన్సార్లు కఠినమైన నేల పరిస్థితులలో సరిగ్గా పనిచేయడానికి మరియు నైట్రేట్ అయాన్లను ఖచ్చితంగా గుర్తించడానికి ఒక మార్గాన్ని కనుగొనడం" అని ఆండ్రూస్ చెప్పారు.
సెన్సార్‌పై పాలీవినైలిడిన్ ఫ్లోరైడ్ పొరను ఉంచడం ఈ బృందం పరిష్కారం. ఆండ్రూస్ ప్రకారం, ఈ పదార్థం రెండు కీలక లక్షణాలను కలిగి ఉంది. మొదటిది, ఇది చాలా చిన్న రంధ్రాలను కలిగి ఉంటుంది, దాదాపు 400 నానోమీటర్ల పరిమాణంలో ఉంటుంది, ఇవి నేల కణాలను నిరోధించేటప్పుడు నైట్రేట్ అయాన్‌లను దాటడానికి అనుమతిస్తాయి. రెండవది, ఇది హైడ్రోఫిలిక్, అంటే, ఇది నీటిని ఆకర్షిస్తుంది మరియు స్పాంజిలాగా గ్రహిస్తుంది.
"కాబట్టి ఏదైనా నైట్రేట్ అధికంగా ఉండే నీరు ప్రాధాన్యంగా మన సెన్సార్లలోకి చొచ్చుకుపోతుంది, ఇది నిజంగా ముఖ్యం ఎందుకంటే నేల కూడా స్పాంజ్ లాంటిది మరియు మీరు అదే నీటి శోషణను పొందలేకపోతే సెన్సార్‌లోకి తేమ ప్రవేశించే విషయంలో మీరు ఓడిపోతారు. నేల సామర్థ్యం," అని ఆండ్రూస్ అన్నారు. "పాలీవినైలిడిన్ ఫ్లోరైడ్ పొర యొక్క ఈ లక్షణాలు నైట్రేట్ అధికంగా ఉండే నీటిని సంగ్రహించడానికి, సెన్సార్ ఉపరితలానికి అందించడానికి మరియు నైట్రేట్‌ను ఖచ్చితంగా గుర్తించడానికి మాకు అనుమతిస్తాయి."
పరిశోధకులు తమ పురోగతిని మార్చి 2024లో అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ టెక్నాలజీ జర్నల్‌లో ప్రచురించిన ఒక పత్రంలో వివరించారు.
ఈ బృందం విస్కాన్సిన్‌తో సంబంధం ఉన్న రెండు వేర్వేరు నేల రకాలపై వారి సెన్సార్‌ను పరీక్షించింది - రాష్ట్రంలోని ఉత్తర-మధ్య ప్రాంతాలలో సాధారణంగా ఉండే ఇసుక నేలలు మరియు నైరుతి విస్కాన్సిన్‌లో సాధారణంగా ఉండే సిల్టి లోమ్స్ - మరియు సెన్సార్లు ఖచ్చితమైన ఫలితాలను ఇచ్చాయని కనుగొన్నారు.
పరిశోధకులు ఇప్పుడు వారి నైట్రేట్ సెన్సార్‌ను "సెన్సార్ స్టిక్కర్" అని పిలిచే మల్టీఫంక్షనల్ సెన్సార్ సిస్టమ్‌లో అనుసంధానిస్తున్నారు, దీనిలో మూడు రకాల సెన్సార్‌లను అంటుకునే బ్యాకింగ్ ఉపయోగించి సౌకర్యవంతమైన ప్లాస్టిక్ ఉపరితలంపై అమర్చారు. స్టిక్కర్లలో తేమ మరియు ఉష్ణోగ్రత సెన్సార్లు కూడా ఉంటాయి.
పరిశోధకులు ఒక స్తంభానికి అనేక ఇంద్రియ స్టిక్కర్లను అతికించి, వాటిని వేర్వేరు ఎత్తులలో ఉంచి, ఆపై స్తంభాన్ని మట్టిలో పాతిపెడతారు. ఈ సెటప్ వారు వేర్వేరు నేల లోతులలో కొలతలు తీసుకోవడానికి వీలు కల్పించింది.
"వివిధ లోతుల వద్ద నైట్రేట్, తేమ మరియు ఉష్ణోగ్రతను కొలవడం ద్వారా, మనం ఇప్పుడు నైట్రేట్ లీచింగ్ ప్రక్రియను లెక్కించవచ్చు మరియు నైట్రేట్ నేల ద్వారా ఎలా కదులుతుందో అర్థం చేసుకోవచ్చు, ఇది ముందు సాధ్యం కాదు" అని ఆండ్రూస్ చెప్పారు.
2024 వేసవిలో, సెన్సార్‌ను మరింత పరీక్షించడానికి పరిశోధకులు హాన్‌కాక్ వ్యవసాయ పరిశోధనా కేంద్రం మరియు విస్కాన్సిన్-మాడిసన్ విశ్వవిద్యాలయంలోని ఆర్లింగ్టన్ వ్యవసాయ పరిశోధనా కేంద్రంలో 30 సెన్సార్ రాడ్‌లను మట్టిలో ఉంచాలని యోచిస్తున్నారు.