联合国宣布2020年为国际植物健康年，强调植物健康对消除饥饿、减少贫困和保护环境的重要性。根据粮食及农业组织的数据，据估计，到2050年，粮食生产力需要提高约60%，才能养活全世界约10亿人，而植物病害每年造成全球作物损失的20%至40%左右，并对人类健康和全球粮食安全造成负面影响。根据联合国粮食及农业组织的数据，据估计，到2030年，将有近6.7亿人（占世界人口的8%）营养不良。

现代社会的不断进步，让传统农业的生产发展方式，已经跟不上现代文明发展和全球粮食的需要，不同功能的传感器逐渐应用在全世界的生产发展中，其目的都只有一个，提高产量和质量，增加经济的同时，改善生态环境，保证土地可持续生产。

通过传感器的帮助，可以随时掌握影响农业生产的自然因素，实现远距离操控，有效降低人力消耗。能够通过科学的分析数据，以此提高整个农业抗灾抗风险的能力，从而增加农产品的生产率。因此，用于早期疾病诊断的传感器技术对于缩短利益相关者响应时间、在病原体传播之前识别威胁以及通过优化施用时间和农药选择来减少农药使用至关重要，可穿戴植物传感器在智能农业方面具有巨大的潜力。

如图是一种下叶表面附着的多模态可穿戴传感器，可以通过跟踪植物及其微环境的生化和生物物理信号来连续监测植物生理学。它把检测挥发性有机化合物 （VOC）、温度和湿度的传感器集成在一个平台中。根据气孔密度选择远轴叶附着位置，以提高传感器信号强度。这个多功能平台支持各种胁迫监测应用，还开发了机器学习模型，通过分析多通道传感器数据，可以跟踪植物水分损失等数据，并且可以做到植物病原体的早期检测。试验表明，它最早可以在接种后4天定量检测番茄斑点枯萎病病毒。

这个可穿戴传感器要归功于植物“佩戴”的多功能电子贴片的开发，该贴片可以监测病原体和环境压力源的存在。在现实中，能够提供实时、无创监测的植物佩戴传感器并不是一件新鲜事。但是现有的传感器在监测方面有限，灵敏度差，并且不能发现特定的疾病。考虑到保持健康作物的重要性，北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种更先进的电子贴片，直接放置在植物的叶子上，以监测致病感染和环境压力源。

这些贴片很小，只有1.2英寸长，由包含传感器和银纳米线电极的柔性材料制成。它们被放置在植物叶子的下面，那里有更多的气孔，自已让植物“呼吸”。这些贴片是对早期版本的升级，该版本通过测量挥发性有机化合物来检测植物病害。“新贴片包含额外的传感器，使它们能够监测温度，环境湿度以及植物通过叶子呼出的水分量。”研究人员介绍说。

为了测试他们的新贴片，研究人员转向不起眼的番茄，这是消费最广泛的农产品之一。番茄植株易受许多病原体的影响，包括真菌、病毒和细菌，这会大大降低作物产量和果实质量。饲养在温室中的番茄植株感染了三种病原体：番茄斑点枯萎病病毒（TSWV）；早疫病，一种真菌感染；和晚疫病，由一种称为卵菌的真菌样病原体引起。这些植物还暴露于非生物（非生物）压力因素，如过度浇水、干旱、光照不足和高盐度。“这很重要，因为种植者越早能够识别疾病或真菌感染，他们就越能限制疾病的传播并保护他们的作物，”该研究人员说。“此外，种植者越能更快地识别非生物胁迫，例如被盐水入侵污染的灌溉水，他们就越能应对相关挑战并提高作物产量。

通过对传感器组合进行实验，研究人员使用机器学习模型分析了他们的数据，以确定哪种组合在识别疾病和压力方面更有效。该模型证实，为了最有效，至少需要三个传感器，这些单独的传感器都与PDMS基板上的AgNW互连集成在一起。其中，温湿度传感器是目前为止，在农业应用领域分布最广的一类传感器，无论是大棚种植，还是土壤温度监测，或者是露天种植，都需要拥有温湿度传感器。

“我们检测所有这些挑战的结果是有希望的，”研究人员说，“例如，我们发现在一个贴片上使用三个传感器的组合，我们能够在植物首次感染四天后检测到TSWV。这是一个显着的优势，因为西红柿通常不会在 10 到 14 天内开始出现任何 TSWV 的身体症状。这可能是一个重大进步，可以帮助种植者防止小问题变成大问题，并帮助我们以有意义的方式应对粮食安全挑战。

文章来源： 电子发烧友，物联有深度，柔智烩