Sensori indossabili per piante: rilevare lo stress idrico e salino prima dei sintomi visibili

Un sistema di sensori senza batteria per il monitoraggio in tempo reale

Come possono i sensori applicati direttamente alle piante avvisare gli agricoltori di uno stress idrico o salino prima che le foglie si accartoccino o la crescita rallenti? La risposta arriva da un nuovo sistema di monitoraggio sviluppato dai ricercatori della Tufts University, guidati da Sameer Sonkusale e Nafize Hossain. I ricercatori della Tufts University hanno sviluppato sensori fogliari e per fusto autoalimentati che monitorano temperatura, umidità, perdita d’acqua e crescita prima che compaiano sintomi visibili, senza bisogno di batterie esterne. Questi dispositivi, sottili come tatuaggi per le foglie ed estensibili per il fusto, generano elettricità sfruttando l’umidità che evapora naturalmente dalla pianta. Questo approccio elimina la necessità di batterie esterne e offre una prospettiva radicalmente nuova rispetto ai tradizionali droni e satelliti. Come spiegato da Sonkusale, i dispositivi indossabili per piante forniscono qualcosa di più intimo: il punto di vista della pianta stessa. I risultati di questa ricerca, pubblicati a luglio, aprono la strada a un'agricoltura di precisione capace di intervenire tempestivamente.

Come funzionano i sensori fogliari e sul fusto

Il funzionamento di questi wearable agritech si basa su materiali e design avanzati. Il sensore fogliare combina strati di pentossido di vanadio e grafene per misurare il deficit di pressione di vapore (VPD) e si autoalimenta grazie all’umidità che evapora dalla foglia. L'umidità che attraversa le nanosfoglie genera infatti una corrente elettrica. Parallelamente, il sensore destinato al fusto utilizza un pattern tagliato ispirato al kirigami, rivestito di un gel conduttore di ioni. Questo componente varia la propria resistenza elettrica in risposta all'espansione o alla contrazione del fusto. Mentre il sensore fogliare cattura le variazioni fisiologiche immediate, quello applicato al fusto registra gli effetti a più lungo termine sulla crescita della pianta.

Test su peperoni: distinguere stress idrico e salino

L'efficacia del sistema è stata validata attraverso test specifici su piante di peperone. Nei test su piante di peperone, il sistema ha distinto piante sane da quelle sotto stress idrico o salino analizzando i pattern del deficit di pressione di vapore e la variazione del diametro del fusto. Le piante sane hanno mostrato variazioni giornaliere regolari del VPD. Al contrario, le piante sotto stress idrico hanno registrato un VPD in aumento, mentre quelle stressate da salinità hanno presentato un pattern diverso, strettamente legato all'assorbimento d'acqua e all'attività stomatica. Il sensore del fusto ha confermato questi dati, registrando una crescita normale nelle piante sane e una crescita ridotta o un effettivo restringimento in quelle stressate. Durante le prove, i dispositivi hanno dimostrato un'ottima resilienza, resistendo a flessione, stiramento e condizioni di vento.

Domande frequenti

I sensori per piante necessitano di batterie?

No, i nuovi sensori sviluppati dalla Tufts University non richiedono batterie. Si autoalimentano generando elettricità dall’umidità evaporante dalla foglia.

Quali tipi di stress possono rilevare questi sensori?

Attualmente il sistema è in grado di rilevare lo stress idrico e quello salino. I ricercatori prevedono che versioni future potranno essere adattate per monitorare anche nutrienti, ormoni e patogeni.

I sensori sono già utilizzabili in campo?

I dispositivi sono stati testati con successo in condizioni simulate di campo, dimostrando di resistere a vento e deformazioni meccaniche. Attualmente, il team sta sviluppando un sistema di comunicazione wireless, basato su protocolli come LoRa o Bluetooth, per la trasmissione dei dati.

Come si differenziano dai droni o dai satelliti?

A differenza delle rilevazioni aeree, questi sensori forniscono dati in tempo reale a livello della singola pianta. Rilevano i segnali di stress prima che diventino visibili a occhio nudo, offrendo il “punto di vista della pianta” anziché una generica vista dall'alto.