愛荷華州立大學(ISU)植物科學研究所(PSI)研究團隊已開發(fā)出新型石墨烯傳感器，可利用黏在植物葉片上的傳感器實時了解玉米、大豆等植株的耗水量及耗水速度。

據(jù)報導，這種新型傳感器能測量葉片表面濕度，實時為農(nóng)民提供作物耗水情況的可行動信息，而且可望應用于作物管理，乃至于植物育種等領域。

由PatrickSchnable教授領導的ISU植物科學研究所研究團隊，是由植物生物學家、計算機科學家和工程師組成。PSI電子和計算機工程副教授LiangDong在嘗試解決精確測量作物耗水量的挑戰(zhàn)時構想出這種微型又低成本的方案。

Dong打造出對水蒸氣敏感、僅毫米大小的黏合性石墨烯傳感器，來測量有多少水分從作物上蒸發(fā)，以判斷作物的耗水量及速度。傳感器內(nèi)的石墨烯會因濕度呈現(xiàn)不同的電導率。而傳感器的電導率可透過流過電流來測量。

Schnable表示，就像水銀溫度計一樣，電導率的變化可作為水分測量儀。隨著溫度升高，汞會根據(jù)相應的溫度標度膨脹升高，而附著在作物上的傳感器能以類似方式讀取流失的水分。

有根電線會從傳感器通向位于莖稈或植物底部的小盒子。盒子將電流轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。Schnable和Dong計劃嘗試使用不同的Wi-Fi方法將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕ong表示，外部濕度不會影響傳感器的性能。而傳感器的敏感材料面向葉片，因此會被膠帶保護而不受灰塵影響。

這款傳感器的最初用途，為讓植物育種者在不同作物品種和雜交種中測量耐旱性。但Schnable已發(fā)現(xiàn)這種傳感器的最大潛在用途。Schnable表示，農(nóng)民將能利用這種傳感器進行水管理決策。

例如，可將這種傳感器裝在一個中樞灌概系統(tǒng)范圍內(nèi)的多株作物上。葉子上的信息將被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析器，再與中樞灌概系統(tǒng)通訊，告知它要在農(nóng)地的哪里個部分澆多少水。這種傳感器幾乎可用于任何作物，設定上幾乎不必花多少時間。把盒子設定好，再像貼膠帶一樣把傳感器黏在作物葉子上，過程很簡單。

美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)與食品研究計畫(AFRI)將在3年內(nèi)撥款47.2萬美元，讓該團隊能于2019年前在愛荷華州和內(nèi)布拉斯加州進行初步現(xiàn)場試驗。

ISU農(nóng)學家及土壤科學教授MichaelCastellano和WilliamT.Frankenberger將與Dong和Schnable合作指導該測試。該團隊希望到2020年將傳感器商業(yè)化。ISU研究基金會已申請該傳感器的專利。

Dong表示，這款穿戴式植物傳感器技術能徹底改變農(nóng)業(yè)用水的管理方法，并加速種植耐旱作物的過程。Schnable指出，農(nóng)民過去始終難以搞清楚作物的耗水量?，F(xiàn)在，有了像OK繃一樣大小的傳感器技術，農(nóng)民就能準確知道農(nóng)作物用了多少水。