Om aan de toenemende wereldwijde vraag naar voedsel te voldoen, is het noodzakelijk de gewasopbrengsten te verbeteren door middel van efficiënte fenotypering. Optische beeldgebaseerde fenotypering heeft aanzienlijke vooruitgang mogelijk gemaakt in plantenveredeling en gewasbeheer, maar kent beperkingen in ruimtelijke resolutie en nauwkeurigheid vanwege de contactloze aanpak.
Draagbare sensoren die gebruikmaken van contactmetingen bieden een veelbelovend alternatief voor het in situ monitoren van plantfenotypen en hun omgeving. Ondanks vroege vooruitgang in het monitoren van plantengroei en microklimaat, is het volledige potentieel van draagbare sensoren voor plantfenotypering nog grotendeels onbenut.
In juli 2023 publiceerde Plant Phenomics een overzichtsartikel getiteld "Wearable Sensors: New Data Collection Tools for Plant Phenotyping". Het doel van dit artikel is om de mogelijkheden van draagbare sensoren voor het monitoren van diverse plant- en omgevingsfactoren te onderzoeken, waarbij de nadruk ligt op hun hoge resolutie, veelzijdigheid en minimale invasiviteit, terwijl tegelijkertijd bestaande problemen worden aangepakt en oplossingen worden aangedragen.
Draagbare sensoren bieden een revolutionaire benadering van plantenfenotypering en overwinnen de beperkingen van traditionele contactloze methoden zoals optische beeldvorming. Ze bieden een hoge ruimtelijke resolutie, veelzijdigheid en minimale invasiviteit, waardoor diverse plantenfenotypen zoals elongatie, bladtemperatuur, hydratatie, biopotentieel en stressreacties kunnen worden gemeten.
Innovatieve technologieën zoals rekbare rekstrookjes en flexibele elektrodesensoren passen zich aan de groei en morfologie van planten aan, waardoor realtime monitoring ter plaatse mogelijk is.
In tegenstelling tot optische beeldvorming zijn draagbare sensoren minder gevoelig voor omgevingsfactoren en kunnen ze nauwkeurigere gegevens leveren. Bij het monitoren van bladtemperatuur en -vochtigheid maken draagbare sensoren gebruik van draadloze verbindingen en geavanceerde materialen om betrouwbare en nauwkeurige metingen te verrichten.
Sensoren met flexibele elektroden bieden vooruitgang in het meten van biopotentialen, minimaliseren plantenschade en zorgen voor continue monitoring. De detectie van stressreacties kan worden verbeterd door sensoren te gebruiken die vroege tekenen van ziekte of omgevingsstress, zoals blootstelling aan ultraviolette straling en ozon, monitoren.
Draagbare sensoren blinken ook uit in milieumonitoring, waarbij factoren zoals luchttemperatuur, luchtvochtigheid, licht en de aanwezigheid van pesticiden worden gemeten. Multimodale sensoren op lichtgewicht, rekbare platforms verzamelen realtime gegevens die essentieel zijn voor het begrijpen van de micro-omgevingen die de plantengroei beïnvloeden.
Hoewel draagbare sensoren veelbelovend zijn voor plantenfenotypering, kampen ze ook met uitdagingen zoals verstoring van de plantengroei, zwakke hechtingsinterfaces, beperkte signaaltypen en een klein meetbereik. Oplossingen hiervoor zijn onder andere lichtgewicht, zachte, rekbare en transparante materialen, geavanceerde hechtingstechnologieën en de integratie van meerdere meetmethoden.
Naarmate de technologie van draagbare sensoren zich verder ontwikkelt, zal deze naar verwachting een sleutelrol spelen bij het versnellen van de fenotypering van planten, waardoor meer inzicht wordt verkregen in de interacties tussen planten en hun omgeving.
Geplaatst op: 24 juli 2024