分解傳感器的概念，其中可生物降解的導(dǎo)電痕量的侵蝕速率與土壤中的微生物活動相關(guān)。

Paul M. Rady機械工程系對可生物降解傳感器的新研究可能會改變農(nóng)民實時跟蹤，測量和響應(yīng)土壤微生物活動的方式，這對解決全球溫室氣體排放問題具有重大意義。

這項工作近期發(fā)表在Advanced Science上，由Madhur Atreya（MechEngr'22博士）和CU Boulder的Greg Whiting和Jason Neff教授領(lǐng)導(dǎo)。它描述了一個廉價且易于打印的傳感器如何通過實時跟蹤其自身的分解來測量土壤健康狀況 - 所有這些都對外部環(huán)境幾乎沒有影響，并且通過使用易于獲得的電子設(shè)備。

“一個物體的退化，無論是我們的新型傳感器還是生銹的舊車，都可以告訴你一個關(guān)于它環(huán)境的故事。在本文中，我們表明，一個簡單的可生物降解裝置在土壤中失效的方式可以告訴我們一些關(guān)于土壤微生物活動的信息，這在各種情況下都是有用的，“Atreya說。

全球超過三分之一的土壤已經(jīng)枯竭，這導(dǎo)致化肥使用量增加，進而導(dǎo)致溫室氣體排放增加。Atreya說，具體了解一個地區(qū)的肥料使用量或土壤的整體健康狀況對于改善農(nóng)業(yè)供應(yīng)和可能減緩保護工作中生物多樣性的喪失至關(guān)重要，但傳統(tǒng)上很難實現(xiàn)。

這部分是因為獲得相關(guān)指標(biāo)需要去除土壤并將其運送到實驗室進行分析。這需要時間，樣品和現(xiàn)場中的微生物含量可能會在兩者之間發(fā)生變化。Atreya說，收集此類信息的其他方法要么同樣是勞動密集型的，要么缺乏團隊試圖實現(xiàn)的實時報告和簡單的數(shù)據(jù)訪問方面。

“有兩個現(xiàn)有的計劃 - 茶包指數(shù)和土壤你的內(nèi)衣 - 鼓勵世界各地的人們將物品埋在土壤中，并定量或定性地監(jiān)測其物理分解，以了解周圍的土壤健康狀況，”他說�！澳憧梢园盐覀兊男聜鞲衅骺醋魇沁@種方法的電子版本。

該團隊現(xiàn)在專注于提高其傳感器的可制造性和耐用性。

“我們正在探索其他材料，我們可以用來制造可能更好的類似傳感器，并針對更具體的土壤微生物/酶活性，”他說。“我們近期還獲得了能源部ARPA-E計劃的新資助，這將使我們能夠探索土壤氮循環(huán)的各個方面。

Atreya在來到CU Boulder獲得博士學(xué)位之前曾在工業(yè)界擔(dān)任設(shè)計工程師。他于2022年夏天畢業(yè)，目前在懷廷擔(dān)任博士后研究員。

“我對可持續(xù)設(shè)計感興趣已經(jīng)有一段時間了，但從未想過我會從事印刷可生物降解電子產(chǎn)品的工作，”他說。“土壤非常復(fù)雜，每批土壤都可能有所不同。幸運的是，我有一個由工程和整個校園的土壤和聚合物專家組成的偉大團隊，一路幫助和指導(dǎo)我。