多模態柔性傳感器系統是什麼樣的？

2020-09-19 中國電氣傳動網

越來越多的生物和非生物脅迫，對植物的生長和產量帶來了潛在的威脅。因此，對植物健康狀況的準確監測和評估顯得越來越重要。但是，傳統用於這類測量的傳感器通常體積大且笨重，並局限於集中的氣候條件，或需要在氣體交換室中進行測量。

附著在葉片下的集成柔性傳感裝置，可以長期監測植物的蒸騰過程

一種策略是利用柔性傳感器智能化連接植物。不過，由於植物的信號通路相對複雜，因此監測植物的生理信息充滿挑戰。此外，非生物脅迫因素的同步監測，需要持續、柔性、多功能的傳感器系統，以便在沒有性能退化和信號串擾的情況下進行長期監測。

多模態柔性植物健康監測傳感器（左），具有不同功能組件的傳感器結構示意圖（右）

據麥姆斯諮詢報導，近日在ACS Nano上發表的一篇題為《多模態植物健康監測柔性傳感器系統》的研究報導中，日本大阪府大學（Osaka Prefecture University, OPU）的研究人員介紹了一種集成的多模態柔性傳感器系統，包括一個室內溼度傳感器、一個樹葉溼度傳感器，一個光學傳感器和一個溫度傳感器，能夠監測植物潛在的生理健康問題。值得注意的是，通過利用植物蒸騰過程，基於這種「植物-傳感器」生物接口，實現了對大果木棉的長期監測（>15天），直觀地記錄了植物的脫水狀況。

這款以堆疊ZnIn2S4（ZIS）納米片為核心傳感介質的柔性傳感器，不僅能快速響應（~4 ms）感知光照，而且能以持久穩定的性能監測溼度。由於這是首次將ZIS納米片應用於溼度傳感器，因此，研究人員對其溼度傳感機理進行了詳細的理論和實驗研究。在沒有信號串擾的情況下，實時測量了控制植物蒸騰的三種主要非生物脅迫因素：溼度、光照和溫度。

（a）頂部、中部和下部三片葉片被監測的大果木棉，

（b）相應的實時監測結果，自上而下分別為：室內溼度、溫度、光照以及植物溼度。

「很多柔性傳感器已經成功應用於人體健康監測，以及人機互動界面。」柔性電子專家Dae-Hyeong Kim教授說：「這項研究提出的用於植物健康狀態監測的多模態柔性傳感器概念，或將為智慧農業開闢一條新的道路。」

這款多模態柔性傳感器的製造過程

該項目負責人Kuniharu Takei教授說：「通過合理選擇活性傳感材料和電極，我們解決了長期跟蹤植物非生物脅迫所需要的傳感器性能，並能夠進行無串擾的多通道信號採集。」

未來的進一步研究將包括降低柔性傳感器系統的厚度和重量，增加傳感器功能，以響應其它生物和非生物脅迫因素，以及提高以時空模式解碼植物化學信號的能力。另外，還將考量環境氣體（如CO2、O2或NOx）對傳感器輸出的影響。

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