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戴上仿生“太阳花”，就知植物渴不渴

花匠小妙招
2024-12-25 17:17

戴上仿生“太阳花”，就知植物渴不渴——新疆科研人员研发自供能植物可穿戴传感器，为节水灌溉和抗旱作物选育提供技术支持

　　乌鲁木齐晚报全媒体讯（记者江斌伟）给黄瓜、南瓜、西瓜等植物的茎秆上戴上一朵仿生“太阳花”，就能知道它们渴不渴。

　　图为仿生植物可穿戴传感器。该传感器不再需要传统电池，它能够像植物一样仅仅依靠太阳能，实现能量的完全自给自足和长期稳定工作。受访者提供

　　更为神奇的是，这朵仿生“太阳花”可以充分吸收太阳能，实现能量完全自给自足和长期稳定工作。

　　近日，新疆农业大学机电工程学院（新能源学院）教授刘湘江与浙江大学教授谢丽娟共同指导的硕士生王爽，在《科学进展》（Science Advances）期刊发表题为《仿生太阳花：自供能植物可穿戴传感器》的研究论文。该论文针对当前可穿戴式传感器领域的共性瓶颈——供能和持续监测问题，提出一种仿生植物可穿戴传感器。

　　该论文的发表，标志着新疆农业大学首次以第一完成单位身份，在全球顶尖学术期刊（Science、Nature、Cell）的子刊上发表研究成果。

　　图为仿生植物可穿戴传感器。该传感器不再需要传统电池，它能够像植物一样仅仅依靠太阳能，实现能量的完全自给自足和长期稳定工作。受访者提供

　　自2021年起，研究团队经过三年潜心研究，攻克了为现有农业传感器提供稳定电源的难题，提出一种仿生植物可穿戴传感器——利用太阳能实现完全的能量自给自足，长期持续监测植物体内茎流（植物健康的关键指标）。

　　从外观看，仿生植物可穿戴传感器像是一朵开放的“太阳花”，重量仅40克，传感器可以伸缩，适应不同粗细的植物茎秆。常规传感器在使用过程中需要外接设备支持，如电源、控制系统、通讯等，但该系统集成可折叠太阳能电池板，整合所有必要柔性电子组件，形成一个紧凑、轻便的系统，适用于农作物等小型植物。

　　仿生植物可穿戴传感器的结构和功能。受访者提供

　　“该传感器顶层是太阳能板，不再需要传统电池，它能像植物一样仅仅依靠太阳能，实现能量完全自给自足和长期稳定工作。”刘湘江解释，试验期间，我们给棉花、西瓜、南瓜、黄瓜等植物都戴过仿生“太阳花”，只要选取其中一两株植物戴上，持续监测植物体内茎流，就能知道植物渴不渴。

　　此外，为应对太阳能功率密度低挑战，团队还开发了一种受萤火虫启发的超低功耗光通信机制，将系统功耗成功降低了95%。结合无人机与深度学习算法，这一方法能够高效地从大面积农田中收集数据。

　　仿生植物可穿戴传感器的结构和功能。受访者提供

　　谢丽娟说，该传感器具有成本低廉、部署简单、免维护等优点，具有较强可推广性。通过传感器获取的作物茎流信息，可以准确了解农作物的需水量和耗水状况，有效指导农田灌溉。这项技术广泛适用于新疆等干旱地区农业生产，为节水灌溉和抗旱作物选育提供有力技术支持。

　　新疆农业大学硕士生王爽、浙江大学博士生柴扬帆为论文的共同第一作者，刘湘江教授、谢丽娟教授为共同通讯作者。刘湘江教授是浙江大学援疆干部，于2020年10月起参加对新疆农业大学对口支援工作。参与该研究团队其他成员还包括新疆农业大学博士生王前、硕士生邹宇、浙江大学助理研究员罗璇、硕士生叶伟康等。论文主要作者均为浙江大学智能生物产业装备创新团队（IBE）成员。

　　该研究成果得到新疆农业大学—浙江大学新疆智能农业装备与机器人联合研究中心大力支持。该中心成立于2023年，全力支持新疆农业大学科研水平和人才培养高质量发展，为新疆经济社会发展提供有力的科技支撑。