这款隐蔽的传感器可附加在叶子的底面，通过实现实时远程观察植物健康来提高效率。
随着对气候变化和人口增长的担忧加剧，迫切需要提高农业生产力。东北大学的研究人员开发了一种可直接安装在叶片上的传感器，旨在轻松判断植物是否健康或处于困扰之中。这种紧凑而强大的设备可能在提高作物产量和优化资源利用方面发挥重要作用，以应对日益增长的需求。
严重的天气事件，例如热浪、暴雨和干旱，对植物造成压力，降低作物产量，威胁农场、森林的可持续性以及整体生物多样性。密切监测植物如何应对这些挑战的需求日益增长。尽管无人机和飞机提供了一定的空中监测，但它们通常只提供更广泛、表层的数据，并需要调整以进行持续准确的跟踪。此外，能够观察个别植物变化的便携式传感器通常依赖现场人员进行安装和定期检查，使其变得繁琐。
“传统方法在某些任务上可能有效，但它们往往难以管理且相对昂贵，”河本香绘说。“为了不断监测微小变化，必须采用一种新方法。”
为应对这些挑战，研究团队开发了一种创新传感器，可以直接安装在植物叶片的底面。这款小型仪器利用光谱传感器和光源来评估叶子颜色，而不会遮挡阳光，从而使其能够随着时间监测同一位置的变化。它以电池供电，配备Wi-Fi数据传输，防水能力强，使其能够在户外功能运作超过一个月以进行长期数据收集。
“智能农业节省了大量时间，”宫本幸一说。“农民无法逐一手动检查每一株植物。这个传感器提供植物状况的精确实时读数，使农民能及时响应处于严重压力下的植物。”
传感器经过测试，在30种不同物种的近90片叶子上表现出色。它成功区分了它能检测到的八种波长中的七种颜色，并且在620纳米的读数与商用叶绿素计的读数非常接近。对一个对压力敏感的阿拉伯芥突变体的进一步评估证实，在550纳米的变化与植物的压力反应一致，并与公认的光化学反射指数（PRI）相关联。
在户外试验中，研究人员将传感器附加在桦树叶上，以监测秋季的叶色变化，见证了两周内的转变。他们记录了叶绿素水平的下降，这表明植物面临压力，并观察到植物的反应随光照强度而变化。
“这一经济高效的传感器是准确评估植物健康和压力的有前景的解决方案，利用与叶色和光反射相关的数据。其价格合理使得可以在各个位置部署多个传感器，从而在许多地区实现同时监测，”河本香绘解释道。
这一智能诊断工具在最需要的地方提供针对性支持。它的应用可以广泛扩展到智能农业、森林管理研究以及其他精确跟踪植物健康至关重要的领域。
这项研究的结果于2024年9月24日在《传感与生物传感研究》上发表。
