Sensores de água para uma agricultura mais inteligente

Sensores de solo eletrônicos

inteligentes podem permitir que os agricultores forneçam doses personalizadas de água para suas plantações, maximizando a produção de alimentos e economizando água. Os pesquisadores da KAUST desenvolveram um sensor de umidade

A industrialização global em curso, juntamente com o notável crescimento da população mundial, é projetada para desafiar o meio ambiente global, bem como impor maior pressão sobre as necessidades de água e alimentos. Previsivelmente, um melhor sistema de gerenciamento de irrigação é essencial e a busca por sensores químicos refinados para monitoramento da umidade do solo é de tremenda importância. No entanto, o desafio persistente é projetar e construir materiais estáveis com a sensibilidade, seletividade e alto desempenho necessários.

A gestão da irrigação na agricultura é uma das ferramentas mais eficazes para proteger os preciosos recursos hídricos, especialmente nas regiões áridas e desérticas do globo

Ouso eficiente da água é um desafio fundamental para os agricultores que precisam alimentar a crescente população global diante das mudanças climáticas. “O manejo da irrigação pode ajudar a melhorar a qualidade das colheitas, diminuir os custos agrícolas e preservar a água”, diz Mohamed Eddaoudi, que liderou a pesquisa junto com Khaled Salama. “Sensores de umidade do solo altamente sensíveis e seletivos oferecem o potencial de melhorar o processo de gerenciamento de água”, acrescenta Salama.

O sistema incorpora estruturas metal-orgânicas, especialmente seletivas para moléculas de água, em um sensor de umidade do solo

Os MOFs podem ser adequados para a detecção da umidade do solo, mostraram Eddaoudi e seus colaboradores. MOFs são materiais sintéticos altamente porosos com uma estrutura interna semelhante a uma gaiola que pode ser adaptada para hospedar pequenas moléculas específicas, incluindo água.

“Com sua estrutura modular porosa e fácil funcionalização, os MOFs são excelentes candidatos para aplicações de detecção”, diz Osama Shekhah, cientista pesquisador da equipe de Eddaoudi. “Filmes finos MOF já foram incorporados a dispositivos eletrônicos, abrindo caminho para sua tradução para uso no mundo real”, acrescenta.

Os MOFs no estudo foram selecionados com base em sua estabilidade hidrolítica, capacidade de água e absorção de água. “Exploramos vários MOFs diferentes, incluindo o altamente poroso Cr-soc-MOF-1 desenvolvido por nosso grupo na KAUST, que pode capturar duas vezes seu próprio peso em água”, diz Ph.D. estudante Norah Alsadun. A equipe revestiu os MOFs em um microssensor de eletrodo interdigitado barato que pode ser fabricado por impressão a jato de tinta ou gravação a laser. Quando esse sensor foi inserido em solo úmido, o ar no MOF foi deslocado pela água, alterando sua capacitância elétrica, processo que pode ser detectado e medido.

Cada dispositivo MOF foi testado em tipos de solo argiloso e argiloso, que podem mostrar diferenças significativas na textura e na capacidade de retenção de água. “Notavelmente, o sensor de umidade do solo revestido com Cr-soc-MOF-1 mostrou a maior sensibilidade, de cerca de 450% em solo argiloso, com um tempo de resposta de cerca de 500 segundos”, diz Salama. A resposta do sensor foi altamente seletiva para a água, mesmo quando vários íons metálicos estavam presentes no solo. “Agora estamos projetando e desenvolvendo um protótipo portátil de sensor de umidade do solo baseado em MOF que pode ser facilmente usado para experimentos de controle em medições no campo do mundo real”, diz Eddaoudi. “Prevemos que os sensores de umidade do solo baseados em MOF avançarão a tecnologia de sensor de umidade do solo de última geração, oferecendo sistemas de irrigação automatizados e precisos”, acrescenta Salama.