لمواجهة الطلب العالمي المتزايد على الغذاء، ثمة حاجة لتحسين إنتاجية المحاصيل من خلال التنميط الظاهري الفعّال. وقد مكّن التنميط الظاهري القائم على الصور الضوئية من تحقيق تقدم كبير في تربية النباتات وإدارة المحاصيل، إلا أنه يواجه قيودًا في الدقة والوضوح المكاني نظرًا لنهجه غير التلامسي.
تُقدّم المستشعرات القابلة للارتداء، التي تستخدم قياسات التلامس، بديلاً واعداً لرصد الأنماط الظاهرية للنباتات وبيئتها في الموقع. ورغم التطورات المبكرة في نمو النباتات ومراقبة المناخ المحلي، لا تزال الإمكانات الكاملة للمستشعرات القابلة للارتداء في تحديد الأنماط الظاهرية للنباتات غير مستغلة إلى حد كبير.
في يوليو 2023، نشرت مجلة Plant Phenomics مقالاً مراجعياً بعنوان "أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء: أدوات جديدة لجمع البيانات لتحديد النمط الظاهري للنباتات". يهدف هذا البحث إلى استكشاف قدرة أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء على مراقبة مختلف العوامل النباتية والبيئية، مع تسليط الضوء على دقتها العالية وتعدد استخداماتها وقلة تأثيرها، مع معالجة المشكلات القائمة وتقديم الحلول.
تُقدم المستشعرات القابلة للارتداء نهجًا ثوريًا في تحديد النمط الظاهري للنباتات، متجاوزةً بذلك قيود الطرق التقليدية غير التلامسية كالتصوير الضوئي. فهي تتميز بدقة مكانية عالية، وتعدد استخدامات، وتدخل جراحي محدود، مما يسمح بقياس أنماط نباتية متنوعة، مثل الاستطالة، ودرجة حرارة الأوراق، والترطيب، والجهد الحيوي، واستجابات الإجهاد.
تتكيف التقنيات المبتكرة مثل مقاييس الانفعال القابلة للتمدد وأجهزة استشعار الأقطاب الكهربائية المرنة مع نمو النبات وشكله، مما يسهل المراقبة في الموقع في الوقت الفعلي.
بخلاف التصوير الضوئي، تُعدّ أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء أقل تأثرًا بالعوامل البيئية، ويمكنها توفير بيانات أكثر دقة. عند مراقبة درجة حرارة ورطوبة الأوراق، تستخدم أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء اتصالًا لاسلكيًا ومواد متطورة لتوفير قياسات موثوقة ودقيقة.
تُحدث المستشعرات ذات الأقطاب الكهربائية المرنة تطورات في قياس الجهد الحيوي، مما يُقلل من تلف النباتات ويوفر مراقبة مستمرة. ويمكن تحسين رصد استجابات الإجهاد باستخدام مستشعرات ترصد العلامات المبكرة للأمراض أو الإجهاد البيئي، مثل الأشعة فوق البنفسجية والتعرض للأوزون.
تتميز أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء أيضًا بمراقبة البيئة، وتقييم عوامل مثل درجة حرارة الهواء والرطوبة والضوء ووجود المبيدات الحشرية. تجمع أجهزة الاستشعار متعددة الوسائط، المثبتة على منصات خفيفة الوزن وقابلة للتمدد، بيانات آنية بالغة الأهمية لفهم البيئات الدقيقة التي تؤثر على نمو النباتات.
على الرغم من أن المستشعرات القابلة للارتداء تُبشر بنتائج واعدة في تحديد النمط الظاهري للنباتات، إلا أنها تواجه أيضًا تحديات مثل التداخل مع نمو النبات، وضعف واجهات الربط، ومحدودية أنواع الإشارات، وضيق نطاق تغطية المراقبة. تشمل الحلول مواد خفيفة الوزن وناعمة وقابلة للتمدد وشفافة، بالإضافة إلى تقنيات ربط متقدمة ودمج أوضاع قياس متعددة.
مع استمرار تقدم تكنولوجيا أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء، من المتوقع أن تلعب دورًا رئيسيًا في تسريع عملية تحديد النمط الظاهري للنباتات، مما يوفر نظرة ثاقبة أكبر للتفاعلات بين النبات والبيئة.
وقت النشر: ٢٤ يوليو ٢٠٢٤