石墨烯传感器可测量作物用水的情况

爱荷华州立大学(ISU)植物科学研究所(PSI)研究团队已开发出新型石墨烯传感器，可利用黏在植物叶片上的传感器实时了解玉米、大豆等植株的耗水量及耗水速度。

据报导，这种新型传感器能测量叶片表面湿度，实时为农民提供作物耗水情况的可行动信息，而且可望应用于作物管理，乃至于植物育种等领域。

由Patrick Schnable教授领导的ISU植物科学研究所研究团队，是由植物生物学家、计算机科学家和工程师组成。PSI电子和计算机工程副教授Liang Dong在尝试解决精确测量作物耗水量的挑战时构想出这种微型又低成本的方案。

Dong打造出对水蒸气敏感、仅毫米大小的黏合性石墨烯传感器，来测量有多少水分从作物上蒸发，以判断作物的耗水量及速度。传感器内的石墨烯会因湿度呈现不同的电导率。而传感器的电导率可透过流过电流来测量。

Schnable表示，就像水银温度计一样，电导率的变化可作为水分测量仪。随著温度升高，汞会根据相应的温度标度膨胀升高，而附著在作物上的传感器能以类似方式读取流失的水分。

有根电线会从传感器通向位于茎秆或植物底部的小盒子。盒子将电流转换成数据。Schnable和Dong计划尝试使用不同的Wi-Fi方法将数据传输到云端。Dong表示，外部湿度不会影响传感器的性能。而传感器的敏感材料面向叶片，因此会被胶带保护而不受灰尘影响。

这款传感器的最初用途，为让植物育种者在不同作物品种和杂交种中测量耐旱性。但Schnable已发现这种传感器的最大潜在用途。Schnable表示，农民将能利用这种传感器进行水管理决策。

例如，可将这种传感器装在一个中枢灌概系统范围内的多株作物上。叶子上的信息将被传输到数据分析器，再与中枢灌概系统通讯，告知它要在农地的哪里个部分浇多少水。这种传感器几乎可用于任何作物，设定上几乎不必花多少时间。把盒子设定好，再像贴胶带一样把传感器黏在作物叶子上，过程很简单。

美国农业部农业与食品研究计画(AFRI)将在3年内拨款47.2万美元，让该团队能于2019年前在爱荷华州和内布拉斯加州进行初步现场试验。

ISU农学家及土壤科学教授Michael Castellano和William T. Frankenberger 将与Dong和Schnable合作指导该测试。该团队希望到2020年将传感器商业化。ISU研究基金会已申请该传感器的专利。

Dong表示，这款穿戴式植物传感器技术能彻底改变农业用水的管理方法，并加速种植耐旱作物的过程。Schnable指出，农民过去始终难以搞清楚作物的耗水量。现在，有了像OK绷一样大小的传感器技术，农民就能准确知道农作物用了多少水。