ضبط مستشعر رطوبة التربة بأسعار معقولة

ابتكرت كولين جوزيفسون، الأستاذة المساعدة في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب بجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، نموذجًا أوليًا لعلامة ترددات لاسلكية سلبية يمكن دفنها تحت الأرض، وتعكس الموجات اللاسلكية من قارئ فوق سطح الأرض، سواء كان محمولًا يدويًا أو بواسطة طائرة بدون طيار أو مثبتًا على مركبة. ويُتيح هذا المستشعر للمزارعين معرفة نسبة الرطوبة في التربة بناءً على الوقت الذي تستغرقه هذه الموجات اللاسلكية للوصول إلى التربة.
يهدف جوزيفسون إلى تعزيز استخدام الاستشعار عن بعد في قرارات الري.
قال جوزيفسون: "الدافع الرئيسي هو تحسين دقة الري. لقد أظهرت عقود من الدراسات أنه عند استخدام الري المعتمد على أجهزة الاستشعار، فإنك توفر المياه وتحافظ على غلة عالية."
ومع ذلك، فإن شبكات الاستشعار الحالية مكلفة، إذ تتطلب ألواحًا شمسية وأسلاكًا واتصالات إنترنت يمكن أن تكلف آلاف الدولارات لكل موقع استشعار.
يكمن التحدي في ضرورة مرور جهاز القراءة على مقربة من العلامة. وتقدر أن فريقها قادر على تشغيلها على ارتفاع يصل إلى 10 أمتار فوق سطح الأرض، وعلى عمق يصل إلى متر واحد تحت سطح الأرض.
لقد قامت جوزيفسون وفريقها ببناء نموذج أولي ناجح للعلامة، وهو عبارة عن صندوق بحجم علبة الأحذية تقريبًا يحتوي على علامة ترددات الراديو التي تعمل ببطاريتين من نوع AA، وقارئ فوق الأرض.
بتمويل منحة من مؤسسة أبحاث الغذاء والزراعة، تخطط لتكرار التجربة باستخدام نموذج أولي أصغر حجماً، وإنتاج عشرات النماذج منه، تكفي لإجراء تجارب ميدانية في مزارع تجارية. وأوضحت أن التجارب ستُجرى على الخضراوات الورقية والتوت، لأنها المحاصيل الرئيسية في وادي ساليناس بالقرب من سانتا كروز.
يتمثل أحد الأهداف في تحديد مدى جودة انتقال الإشارة عبر الأغطية الورقية. حتى الآن، في المحطة، قاموا بدفن علامات بجوار خطوط الري بالتنقيط حتى عمق 2.5 قدم، ويحصلون على قراءات دقيقة للتربة.
أشاد خبراء الري في شمال غرب البلاد بالفكرة - فالري الدقيق مكلف بالفعل - لكن كانت لديهم العديد من الأسئلة.
أعجب تشيت دوفولت، وهو مزارع يستخدم أدوات الري الآلية، بالفكرة لكنه تردد بسبب الجهد المطلوب لتقريب المستشعر من العلامة.
وقال: "إذا كنت مضطراً لإرسال شخص ما أو إرسال نفسك ... يمكنك وضع مسبار التربة في 10 ثوانٍ بنفس السهولة".
تساءل تروي بيترز، أستاذ هندسة النظم البيولوجية في جامعة ولاية واشنطن، عن كيفية تأثير نوع التربة وكثافتها وملمسها وتضاريسها على القراءات وما إذا كان كل موقع سيحتاج إلى معايرة فردية.
تتصل مئات أجهزة الاستشعار، التي يقوم فنيو الشركة بتركيبها وصيانتها، لاسلكيًا بجهاز استقبال واحد يعمل بالطاقة الشمسية على بُعد يصل إلى 1500 قدم، والذي بدوره ينقل البيانات إلى السحابة. ولا تُمثل مدة تشغيل البطارية مشكلة، لأن هؤلاء الفنيين يزورون كل جهاز استشعار مرة واحدة على الأقل سنويًا.
قال بن سميث، أخصائي الري التقني في شركة سيميوس، إن نماذج جوزيفسون الأولية تعود إلى 30 عامًا مضت. ويتذكر أنها كانت مدفونة بأسلاك مكشوفة كان العامل يقوم بتوصيلها فعليًا بجهاز تسجيل بيانات محمول باليد.
تستطيع أجهزة الاستشعار الحديثة تحليل البيانات المتعلقة بالمياه والتغذية والمناخ والآفات وغيرها. فعلى سبيل المثال، تقوم أجهزة كشف التربة التابعة للشركة بأخذ قياسات كل 10 دقائق، مما يسمح للمحللين برصد الاتجاهات.