جهاز استشعار جديد يتتبع صحة النبات عن بعد في الوقت الحقيقي.. تحويل الطريقة التي نراقب بها الحياة الخضراء على كوكبنا

كيف يمكنك معرفة ما إذا كان النبات ينمو بشكل جيد أم سيء؟ هل هناك طريقة لزيادة الإنتاجية الزراعية في عالمنا الذي يتسم بتغير المناخ والاكتظاظ السكاني؟ قد نجد الإجابات على هذه الأسئلة الملحة في جهاز استشعار نباتي صغير ولكنه قوي ابتكره باحثون من جامعة توهوكو اليابانية.

إنها أكثر من مجرد قصة عن الابتكار؛ إنها قصة حول كيفية تحويل الطريقة التي نراقب بها الحياة الخضراء على كوكبنا.

أساليب قديمة ومشاكل جديدة

إن التأثيرات السلبية لتغير المناخ ليست جديدة. فالظروف الجوية القاسية مثل موجات الحر، والأمطار الغزيرة، والجفاف المطول، تضغط على نباتاتنا ومحاصيلنا، مما يؤدي إلى انخفاض الغلة وتعريض صحة مزارعنا وغاباتنا والتنوع البيولوجي للخطر على المدى الطويل.

لقد كان تتبع استجابات النباتات دائمًا أمرًا صعبًا، وفي حين توفر الطائرات بدون طيار والطائرات رؤية شاملة لمساحاتنا الخضراء، إلا أنها تلتقط معلومات على مستوى السطح فقط.

وعلاوة على ذلك، تحتاج هذه الحلول التكنولوجية المتطورة إلى تعديلات مستمرة لتتبع النباتات بدقة بمرور الوقت، ومن ناحية أخرى، تتطلب أجهزة الاستشعار الأصغر حجماً على مستوى الأرض والتي يمكنها مراقبة النباتات الفردية عمليات فحص يدوية، وهو ما يصبح غير عملي في الحقول أو الغابات الأكبر حجماً.

قالت كاوري كوهزوما، أحد أعضاء فريق البحث بجامعة توهوكو : “قد تنجح الطرق التقليدية في بعض الأغراض، لكن تشغيلها صعب ومكلف للغاية، ومن أجل مراقبة التغييرات الصغيرة بشكل مستمر، كنا بحاجة إلى حل جديد”.

خطوة نحو الزراعة الذكية

ولمعالجة هذه التحديات، طور الباحثون مستشعرًا فريدًا من نوعه يمكن تثبيته مباشرة على الجانب السفلي من أوراق النبات، ويحتوي جسمه الصغير على مستشعر طيفي قوي ومصدر ضوء يمكنه قياس لون الأوراق بمرور الوقت دون حجب ضوء الشمس.

يتميز هذا المستشعر بسهولة الاستخدام والمتانة، فهو يعمل بالبطارية ومجهز بشبكة Wi-Fi لنقل البيانات، وبفضل تصميمه المقاوم للماء، يمكنه العمل في الهواء الطلق لأكثر من شهر، مما يضمن جمع البيانات لفترة أطول.

قال كو-إيتشيرو مياموتو، الباحث بجامعة توهوكو، إن “الزراعة الذكية توفر قدراً هائلاً من الوقت”، “لا يملك المزارعون الوقت الكافي لفحص كل نبات يدويًا، هذا المستشعر قادر على توفير قراءات دقيقة لما يحدث في الوقت الفعلي، ومن ثم، يمكنهم الاستجابة وفقًا لذلك للمناطق التي تعاني فيها النباتات من مستويات عالية من الإجهاد”.

اختبار مستشعر النبات

لقد تم إخضاع المستشعر لاختبارات صارمة حيث كان عليه أن يأخذ مطيافًا تجاريًا عبر حوالي 90 ورقة من 30 نوعًا مختلفًا من النباتات .

وفي مرحلة الاختبار، تمكن المستشعر من التمييز بين الألوان بدقة عبر سبعة من الأطوال الموجية الثمانية التي يمكن اكتشافها. كما أظهر قراءات مماثلة لأجهزة قياس الكلوروفيل التجارية عند 620 نانومتر.

تم إجراء تجربة خارجية لاختبار المستشعر في ظل ظروف حقيقية متغيرة. تم تثبيته على أوراق البتولا، وتتبع التغيرات في لون الأوراق أثناء الخريف، وسقوط الأوراق، والشيخوخة على مدى أسبوعين.

سجل المستشعر انخفاضًا في الكلوروفيل – وهو مؤشر غالبًا على إجهاد النبات – ووثق كيف تغيرت استجابة النبات مع شدة ضوء الشمس.

مستقبل الزراعة الذكية

وقال كوهزوما: “يعد هذا المستشعر ذو الأسعار المعقولة أداة واعدة لمراقبة صحة النبات والإجهاد الذي يعاني منه بدقة من خلال بيانات لون الأوراق وانعكاس الضوء”.

“إن تكلفتها المنخفضة تجعل من الممكن وضع أجهزة استشعار متعددة في مواقع مختلفة، مما يؤدي إلى إنشاء شبكة للمراقبة المتزامنة في العديد من المواقع”.

يبدو مستقبل الزراعة مشرقاً، وقد تكون تقنية الاستشعار الذكية هذه بمثابة مقدمة لموجة جديدة من الزراعة الدقيقة.

يمكن للمزارعين وحراس الغابات والباحثين على حد سواء الاستفادة من البيانات التفصيلية التي توفرها هذه المستشعرات، واستخدامها لضمان صحة وإنتاجية نباتاتنا في بيئة مليئة بالتحديات.

أهمية أجهزة استشعار النبات

إن الزراعة الذكية ليست مجرد كلمة طنانة؛ فهي جزء أساسي من مبادراتنا لاستدامة الحياة على الأرض.

وأشار الباحثون إلى أن “مستشعر النبات يمكن أن يكون أداة قوية في مجال الزراعة والدراسة البيئية من خلال تحقيق المراقبة المتزامنة ومتعددة النقاط وعن بعد بتكلفة منخفضة”.

مع استمرارنا في مكافحة تغير المناخ والاكتظاظ السكاني، تقدم الحلول المبتكرة مثل مستشعر النباتات منارة أمل لعالمنا الأخضر. لقد حان الوقت لتبني التكنولوجيا التي ستساعد النباتات على الازدهار في عالم متغير.

نُشرت الدراسة في مجلة Sensing and Bio-Sensing Research .