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MEMS技術在智慧農業中的應用

作者:admin??更新時間:2020-04-08

  農業應用所需的測量和傳感大部分依靠微機電系統(MEMS)。MEMS將機械結構與電子相結合,制造出智慧農業傳感器、控制器和能量收集器。這些智能傳感系統具有體積小、成本低、功耗低等優點。

  在過去的幾十年中,電子測量和分析被越來越多地用于提高農業生產率。精準農業保證農民精確掌握農田中每一區域所需的水、肥料、殺蟲劑和除草劑的用量,有助于提高產量,減少對環境的影響。實時數據采集和分析還可用于實時監測土壤、農作物和牲畜的狀況,并發出預警。

  根據MarketsandMarkets的市場研究報告顯示,2016年智慧農業市場規模為50億美元,到2022年將增長到110億美元,期間的復合年增長率超過13%。近年來的技術進步,一部分受移動設備和物聯網(IoT)在農業中的應用所驅動,這意味著傳感器、處理器和通信組成的系統成本更低,變得更加親民。

  農業應用所需的測量和傳感大部分依靠微機電系統(MEMS)。MEMS將機械結構與電子相結合,制造出智慧農業傳感器、控制器和能量收集器。

  這些智能傳感系統具有體積小、成本低、功耗低等優點。集成的電子器件可以提供控制、數據采集、自校準和通信等功能。板載處理允許局部計算,提供即時反饋并減少必須通過網絡傳輸的數據量。

  出于實用性的考慮,這些系統必須成本低、易于安裝、方便使用、壽命長。系統需要在耗電低的情況下還保持“身體強壯”;依靠電池、太陽能或能量收集技術維持數年的壽命。
 

MEMS技術在智慧農業中的應用

  MEMS傳感器包括陀螺儀、加速度計、磁力計,以及測量壓力、聲音和濕度的器件,也可以用于構建芯片實驗室(LoC)系統。

  加速度計也用來監測牲畜的活動水平,例如,?;ㄙM多少時間行走、吃飯或躺下休息。通過監測牲畜食用和反芻的時間,確保其獲得足夠的營養。此外,當母牛排卵時,活動水平急劇增加。這種情況經常發生在夜間,這意味著農民可能無法及時找到一頭公牛。實時監測可以檢測排卵發生時向農民提前發出警報。九個月或十個月后,農民可以使用“牛叫”(MOOCALL),這種產品使用加速度計來監測由子宮收縮引起尾部運動的獨特模式。該系統可以在母牛產犢前一小時左右向農民發送短信。

  MEMS也可用于監測動物的環境保障情況,例如記錄溫度、濕度和噪聲等環境參數。在農場,這些將保持在合理范圍內,但在運輸過程中可能出現極端情況。結合記錄的數據和GPS位置信息,足以確保環境參數在規定的范圍內變化。

  芯片實驗室(LoC)是相對較新的事物。LoC將一個或多個實驗室功能集成到尺寸為幾毫米或厘米的集成電路(IC)上。例如,懸臂梁(一端固定的懸梁,在顯微鏡下觀察形似跳水板),通過在懸臂梁的表面涂覆有與特定毒素分子或病毒結合的受體。目標分子的存在將改變懸臂的共振頻率,從而可以檢測病原體的存在甚至濃度??梢詷嬙於鄠€懸臂,每個對不同的病原體敏感度不一樣。其它生物化學傳感器通過電容的變化探測到分子引起的結構變化。

  這些器件只需要少量的待測試材料,就可以實現理想的實時自動化和高通量處理和篩選。這樣可以在現場進行快速分析,而不必向病理實驗室遞送樣品,等上數天或數周才能獲得結果。該技術在食品安全(食品中的病原體或污染檢查)、動物疾病預防(奶牛擠奶時檢查乳房炎)和分析土壤養分水平方面具有潛在的應用。

  MEMS和物聯網在農業中有許多可能的應用。這些技術將發揮作用,允許農民通過提高生產力和減少環境影響來滿足世界持續增長的人口對農作物的需求。隨著成本的下降,更多的農民將從智慧農業MEMS技術中獲益。

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