Cảm biến sử dụng cho việc xác định kiểu hình thực vật bậc cao

  Cảm biến sử dụng cho việc xác định kiểu hình thực vật bậc cao

Cảm biến dạng đeo được để theo dõi kiểu hình và môi trường của thực vật. Nguồn: Plant Phenomics.

 

Để đáp ứng nhu cầu lương thực toàn cầu ngày càng tăng, việc cải thiện năng suất cây trồng thông qua kiểu hình hiệu quả là điều bắt buộc. Kiểu hình dựa trên hình ảnh quang học đã tiến bộ rõ rệt trong việc nhân giống cây trồng và quản lý cây trồng, nhưng vẫn gặp phải những hạn chế về độ phân giải và độ chính xác không gian do cách tiếp cận không tiếp xúc của nó.

 

Cảm biến dạng có thể đeo được, sử dụng phép đo tiếp xúc, là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn để theo dõi tại chỗ các kiểu hình thực vật và môi trường xung quanh chúng. Bất chấp những thành tựu ban đầu trong việc theo dõi sự phát triển của thực vật và vi khí hậu, toàn bộ tiềm năng của cảm biến đeo được trong việc xác định kiểu hình thực vật phần lớn vẫn chưa được khám phá.

 

Vào tháng 7 năm 2023, Tạp chí Plant Phenomics đã xuất bản một bài viết với nhan đề: "Cảm biến dạng có thể đeo được: Một công cụ thu thập dữ liệu mới nổi dành cho kiểu hình thực vật". Bài viết này nhằm mục đích khám phá khả năng của cảm biến đeo được trong việc giám sát các yếu tố môi trường và thực vật khác nhau, nhấn mạnh vào độ phân giải cao, tính đa chức năng và khả năng xâm lấn tối thiểu của chúng, đồng thời giải quyết các thách thức hiện có và đề xuất giải pháp.

 

Cảm biến đeo trên người cung cấp một cách tiếp cận mang tính biến đổi trong việc xác định kiểu hình thực vật, khắc phục những hạn chế của các phương pháp không tiếp xúc truyền thống như chụp ảnh quang học. Chúng cung cấp độ phân giải không gian cao, đa chức năng và khả năng xâm lấn tối thiểu, cho phép đo các kiểu hình thực vật khác nhau như độ giãn dài, nhiệt độ lá, hydrat hóa, điện thế sinh học và phản ứng với điều kiện bất thuận.

 

Những cải tiến như cảm biến biến dạng có thể kéo dài và cảm biến điện cực linh hoạt thích ứng với sự phát triển và hình thái của thực vật, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát tại chỗ, theo thời gian thực.

 

Không giống như hình ảnh quang học, cảm biến dạng đeo ít nhạy cảm hơn với các yếu tố môi trường, cung cấp dữ liệu chính xác hơn. Trong việc theo dõi nhiệt độ và độ ẩm của lá, các cảm biến đeo được sử dụng giao tiếp không dây và vật liệu tiên tiến để đo lường chính xác và chắc chắn.

 

Đo lường điện thế sinh học đã chứng kiến những tiến bộ với cảm biến điện cực linh hoạt giúp giảm thiểu thiệt hại cho cây trồng và cho phép theo dõi liên tục. Khả năng phát hiện phản ứng với điều kiện bất thuận được tăng cường thông qua các cảm biến theo dõi các dấu hiệu sớm của bệnh tật hoặc căng thẳng môi trường như bức xạ UV và phơi nhiễm ozone.

 

Cảm biến dạng đeo cũng có khả năng giám sát môi trường vượt trội, đánh giá các yếu tố như nhiệt độ không khí, độ ẩm, ánh sáng và sự hiện diện của thuốc trừ sâu. Cảm biến đa phương thức trên nền tảng nhẹ, có thể co giãn thu thập dữ liệu thời gian thực, rất quan trọng để hiểu môi trường vi mô ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật.

 

Mặc dù các cảm biến dạng đeo nhiều hứa hẹn trong việc xác định kiểu hình thực vật nhưng chúng gặp phải những thách thức như cản trở sự phát triển của thực vật, giao diện liên kết yếu, loại tín hiệu hạn chế và phạm vi giám sát nhỏ. Các giải pháp như vật liệu nhẹ, mềm, co giãn và trong suốt, cùng với công nghệ liên kết tiên tiến và tích hợp các phương thức cảm biến đa dạng, đã được đề xuất.

 

Khi công nghệ cảm biến dạng đeo trên người tiếp tục phát triển, dự kiến nó sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc đẩy nhanh quá trình xác định kiểu hình thực vật, cung cấp những hiểu biết sâu sắc hơn về tương tác giữa thực vật và môi trường.

 

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org