Nhóm nghiên cứu quốc tế do trường Đại học Glasgow ở Scotland dẫn đầu, đã chế tạo được cảm biến đất phân hủy sinh học thành phân hữu cơ vào cuối vòng đời, giúp nông dân cải thiện năng suất cây trồng, đồng thời giảm thiểu rác thải điện tử. Cảm biến mới được làm từ vật liệu điện tử, phân hủy thành chất dinh dưỡng dùng làm phân bón cho cây trồng.

Nghiên cứu là bước phát triển quan trọng trong khôn khổ dự án quốc tế có tên TESLA. Dự án nhằm mục đích phát triển một hệ thống hoàn chỉnh, trong đó các cảm biến phân hủy sinh học được cung cấp năng lượng từ pin mặt trời và siêu tụ điện cũng được làm từ vật liệu bền vững, cung cấp giải pháp hoàn toàn thân thiện với môi trường để giám sát nông nghiệp chính xác.

Công nghệ mới hỗ trợ nỗ lực toàn cầu nhằm thúc đẩy sản xuất lương thực hiệu quả và bền vững hơn trong bối cảnh dân số tăng và biến đổi khí hậu đặt ra những thách thức mới cho nền nông nghiệp quy mô lớn.

Các cảm biến đầu cuối có khả năng phân hủy sinh học được ghép nối với các thiết bị điện tử thông thường để theo dõi sức khỏe cây trồng. Nhóm nghiên cứu cho biết phương pháp tiếp cận theo mô-đun giúp tăng cường khả năng tái sử dụng của toàn bộ hệ thống điện tử hiện có và giảm đáng kể rác thải điện tử, do đó tác động đến môi trường sẽ thấp hơn nhiều. Đánh giá chi tiết về tác động môi trường cho thấy việc vận hành thiết bị điện tử theo cách này sẽ cải thiện tính bền vững.

Cấu trúc của thiết bị điện tử lai mô-đun đã được áp dụng vào nông nghiệp kỹ thuật số - phương pháp canh tác mới sử dụng các cảm biến kết nối mạng được gắn trực tiếp vào cây trồng để theo dõi môi trường và sự phát triển của cây trồng. Nông nghiệp kỹ thuật số có thể đáp ứng sự gia tăng 70% nhu cầu thực phẩm toàn cầu vào năm 2050.

Tuy nhiên, các cảm biến hiện có được sử dụng trong nông nghiệp kỹ thuật số, được làm từ vật liệu không thể tái chế. Điều này đồng nghĩa với việc mở rộng áp dụng nông nghiệp kỹ thuật số sẽ làm tăng lượng rác thải điện tử gây hại cho môi trường khi các thiết bị bị vứt bỏ.

Trong nghiên cứu đăng trên tạp chí ACS Applied Electronic Materials, các tác giả đã mô tả cách họ chế tạo cảm biến nông nghiệp kỹ thuật số từ vật liệu bền vững, kết hợp miếng dán phân hủy sinh học với mô-đun điện tử tái sử dụng có kích thước bằng hộp diêm. Các miếng dán cảm biến được sản xuất bằng quy trình in lưới, tương tự như quy trình in áo phông. Các đường dẫn điện được in lên chất nền polyme phân hủy sinh học bằng mực graphene-carbon. Sau đó, một lớp cảm biến làm từ molypden disulfide được in lên trên cùng, do đó, tất cả các vật liệu được sử dụng đều phân hủy tự nhiên thành chất dinh dưỡng cho cây trồng. Do chi phí sản xuất thấp và tiêu thụ ít năng lượng, phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi cho nền nông nghiệp kỹ thuật số trên toàn thế giới.

Nguồn: NASATI