Augalininkystės mokslininkai per daugelį metų daug sužinojo apie tai, kaip augalai auga virš žemės, tačiau daug mažiau žinoma apie šaknis ir jų dirvožemio sąveiką. Dabar Kornelio projektas, finansuojamas iš dviejų atskirų trejų metų dotacijų, sukurs į kirminus panašius, dirvožemyje plaukiančius robotus, kurie pajustų ir fiksuotų dirvožemio savybes, vandenį, dirvožemio mikrobiomą ir šaknų augimą.
2 milijonų JAV dolerių Nacionalinio mokslo fondo (NSF) dotacija, kuriai vadovauja vyriausioji tyrėja (PI) Taryn Bauerle, Žemės ūkio ir gyvosios gamtos mokslų kolegijos Integruotų augalų mokslo mokyklos (SIPS) sodininkystės skyriaus docentė, bus skirta augalų ir dirvožemio perspektyva.
Tuo tarpu 750,000 XNUMX USD NSF nacionalinės robotikos iniciatyvos dotacija PI Robertui Shepherdui, Inžinerijos koledžo Sibley mechanikos ir kosmoso inžinerijos mokyklos docentui, kurs dirvožemio stebėjimo robotus.
Projekte daugiausia dėmesio bus skiriama kukurūzams, o galutinis tikslas – įtraukti su šaknų augimu susijusius veiksnius, siekiant pagerinti veisimo pastangas ir dirvožemio valdymą, kurie tiesiogiai veikia maisto produktyvumą ir saugumą.
„Planuojame kurti naujus įrankius, kad galėtume prisiliesti prie požeminės augalų ir dirvožemio aplinkos taip, kad galėtume šviesti juodojoje augalų ir dirvožemio sąveikos dėžėje“, – sakė Bauerle.
„Tai tikrai kita augalų biologijos riba“, - sakė projekto bendradarbis Michaelas Gore'as, Liberty Hyde Bailey profesorius ir molekulinio veisimo bei genetikos profesorius SIPS augalų veisimo ir genetikos skyriuje. Kiekybiškai įvertinę požemines charakteristikas, mokslininkai gali nustatyti ryšius su antžeminėmis savybėmis, sakė Gore'as.
Kad gautų šiuos matavimus, komanda sukurs 1–2 pėdų kirminus primenančius robotus, kurie imituoja, kaip gręžinys gręžiasi į žemę, kartu su peristaltiniu judesiu, imituojančiu kirminų judėjimą dirvožemyje.
„Priekinė dalis atpalaiduoja nešvarumus, o užpakalinė dalis stumia į priekį ir įspaudžia tą purvą į tunelio sieną“, - sakė Shepherdas. Jie planuoja, kad vienas robotas nuolat rinktų duomenis aukštyn ir žemyn iš visos kukurūzų eilės.
Komanda eksperimentuos su daugybe jutiklių ir strategijų. Roboto gebėjimas prasiskverbti per dirvą gali atskleisti tokias savybes kaip dirvožemio tankis ir kompaktiškumas. Robotai taip pat bus aprūpinti nedideliais temperatūros ir drėgmės jutikliais.
Skaiduliniai optiniai kabeliai galėtų atlikti daugybę matavimų, įskaitant tiesioginį šaknų vaizdą, kad būtų galima išmatuoti augimą ir kampus. Komanda planuoja panaudoti „AquaDust“, sukurtą projekto co-PI laboratorijoje Abraomas Strookas, Gordon L. Dibble '50 profesorius Smitho chemijos ir biomolekulinės inžinerijos mokykloje Inžinerijos koledže. AquaDust fluorescuoja skirtingais bangos ilgiais, atsižvelgiant į vandens kiekį dirvožemyje.
Skaidulinė optika taip pat galėtų leisti išmatuoti dirvožemio mikroorganizmų sužadinimo ir emisijos bangos ilgį bei šaknų chemines medžiagas, įskaitant anglies junginius, kuriuos išskiria augalų šaknys. „Turėtume sugebėti apytiksliai nustatyti, kokios cheminės medžiagos ir organizmai yra paplitę šaknų paviršiuje ir aplinkiniame dirvožemyje“, - sakė Shepherdas.
Kiekybiškai įvertindami šaknų savybes, dirvožemio savybes, junginius, mikroorganizmus ir vandenį, mokslininkai gali naudoti nuspėjamuosius modelius, kad sujungtų požemines ir antžemines savybes, kad prognozuotų tokius dalykus kaip grūdų derlius ir atsparumas stresui, sakė Gore'as.
Kitas projekto tikslas bus įvertinti, kaip augalai galėtų reaguoti į klimato kaitos poveikį, pavyzdžiui, vandens prieinamumą. Šaknų augimo matavimai, atsižvelgiant į aplinkos duomenis, gali suteikti informacijos apie tai, kaip šaknys auga atsižvelgiant į išorines sąlygas, pvz., sausras.
Kadangi dirvožemis nėra tinkama terpė belaidžiam perdavimui, tyrėjai išbandys prototipus, kurie įrašo duomenis į atmintį, kad būtų galima gauti vėliau. Jie taip pat gali eksperimentuoti su akustiniu ryšiu per dirvą ir laidus, einančius palei kukurūzų augalų eilę. Pasibaigus projektui, mokslininkai tikisi pademonstruoti gyvus prototipų demonstravimus kukurūzų lauke.
Parengiamieji darbai buvo įmanomi dėl pradinio finansavimo iš a Kornelio skaitmeninio žemės ūkio iniciatyva dotacija.