这项研究历时十年，旨在为农民的农田开发可生物降解传感器
曼哈顿,菅直人。一种比邮票大不了多少的电子电路能否帮助加快美国农民为饥饿的世界提供食物的目标?
拉吉·科斯拉说，如果能教它测量农田的土壤特性，那么农民就能在几秒钟内调整水、氮和其他投入，从而丰富作物的生长。
把它想象成以比特和字节为单位的实时农业。
精确农业专家、堪萨斯州立大学农学院教授兼农学系主任Khosla说:“美国已经制定了一个农业创新议程，在未来28个作物周期中，也就是到2050年，我们希望比目前种植的粮食多种植40%。”
科斯拉补充说:“但这里有一个警告:我们需要通过减少50%的水和50%的氮肥来实现这一目标，这是作物生产系统的两个最大驱动力。”“这意味着我们必须考虑所有进入水和氮预算的东西。我们不能给犯错留下余地。”
在过去的10年里，科斯拉一直在有条不紊地降低几个项目的出错几率，以开发可降解传感器，测量土壤湿度和氮含量。
科斯拉说:“十年前，我假设有一天我们会有土壤湿度传感器，我们可以把它扔在田地里，然后用计算机ping它们，来测量土壤的含水量。”
科斯拉从2012年开始与私人合作伙伴合作进行实地实验，这些合作伙伴提供了安装在柱子上的传感器，并连接到电缆上，测量五个深度的土壤湿度。在这种情况下，科斯拉确定，要覆盖22英亩的土地，一个农民需要大约100个传感器节点，每个节点的成本约为3000美元。
“它们很贵，”他说。“即使在今天，它们的成本对农民来说也是难以承受的。安装这些传感器是一项劳动密集型工作，在22英亩的土地上以如此高的密度安装12英尺高的柱子是一场后勤噩梦。”
不过，这些早期的实验是有目的的:为研究小组提供一种低成本的选择提供动力，这种选择仍然可以收集农民整个田地的详细信息。
现在，科斯拉正在联合领导一个合作团队，以这些早期实验为基础。2018年，科斯拉和他在科罗拉多大学博尔德分校和加州大学伯克利分校的同事们获得了美国能源部的一笔赠款，该赠款通过高级研究计划局为高风险/高回报项目提供资金。
该研究团队包括来自合作机构的材料科学家、计算机和电气工程师。其他参与研究的K-State农学研究人员包括博士后研究员Jeff Siegfried和Dipankar Mandal;Wub Yilma，博士生;以及助理科学家罗斯·安鲁。
研究人员共同致力于开发能够在高空间密度下测量土壤水分含量的可生物降解传感器。这将使研究人员能够估计土地每一英寸的土壤湿度，并提供大量的数据，由计算机算法处理，为农民建立一个易于阅读的指南。
科斯拉说:“在这个领域，没有任何地方可以进行猜测。”
科斯拉说，农民已经能够以非常精确的方式施用水、氮和其他营养物质，使用可变速率灌溉等现有技术，可以在农田中提供不同速率的水。但了解了该领域的需求，每一步都局限于卫星图像或无人机提供的测量数据。这些都是满足某一领域需求的好方法，但仍不能完全精确、诊断或即时。
科斯拉说:“一种想法是，当一个支点在田里浇水时，你可以ping通位于支点臂接下来20、50甚至100英尺处的传感器。”“这些信息被发送回计算机，以重新创建枢纽在浇水时遇到的实时土壤湿度数据表面，农民或基于人工智能的决策工具可以在必要时改变施水量。我认为这将是一件大事。”
如果农民在一片土地上部署100个传感器，每个传感器的成本(50美分到1美元)将是50美元到100美元。设置它们就像在田野里走一走，把它们扔来扔去或插进去一样简单。因为它们是可生物降解的，所以永远不需要收集。
科斯拉认为这种生态友好的可生物降解芯片会在大约200天内开始变质，但目前还没有这种芯片。目前，该研究团队正在使用更大、更昂贵的不可生物降解的电路，以确保他们收集的大量数据可以由使用K-State研究人员开发的算法的计算机处理，以转换数据，使农民能够做出更好的决策。
“我们只能管理我们能衡量的东西，”科斯拉说。“如果我们不能精确地衡量我们试图管理的资源，那么我们就无法帮助农民。我认为，对于作物生产系统中的水和氮这两种主要投入来说尤其如此，它们对环境非常敏感和重要。”
他说，这项工作是迈向令人兴奋的农业时代的第一步，这个时代涉及更多的传感器和数据驱动的决策。
“这些类型的技术通常适用于对信息技术有很高要求的组织。他们通常是第一个得到它的人，”科斯拉说。“嗯，这次碰巧是农业。能置身于这样的环境中是非常令人兴奋的。”
