Nuovi sensori eco-compatibili per la sicurezza alimentare globale

Le serre e le aziende agricole aperte che accolgono i visitatori per acquistare prodotti e carne coltivati localmente sono diventati sempre più importanti per la produttività alimentare. Non solo gli agricoltori cercano modi per monitorare le condizioni per contribuire a migliorare la crescita e la resa delle colture in serra, ma anche mantenere il cibo raccolto fresco in condizioni di conservazione è una delle principali preoccupazioni. La tecnologia dei sensori intelligenti, il monitoraggio e il controllo della temperatura e dell’umidità, svolge un ruolo essenziale nella produzione di cibo sufficiente per soddisfare la domanda sempre crescente per la popolazione mondiale.

In Journal of Laser Applications, di AIP Publishing, i ricercatori della Auburn University di Alabama hanno presentato sensori di temperatura e umidità basati su carta che sono accurati e affidabili, oltre che eco-compatibili.

Misurare la temperatura e l'umidità in una varietà di circostanze di coltivazione ha spinto lo sviluppo di numerosi sensori, ma garantire che questi dispositivi siano efficaci pur rimanendo rispettosi dell'ambiente ed economicamente vantaggiosi è una sfida.

“Negli ultimi anni, l’agricoltura è stata colpita pesantemente da cambiamenti drastici in fattori ambientali come l’umidità e la temperatura, guidando così l’urgenza di soluzioni innovative per migliorare la produttività e migliorare la qualità con un impatto ambientale minimo”, ha affermato l’autore Masoud Mahjouri-Samani.

L'elettronica e i sensori flessibili sono rapidamente e facilmente fabbricati.

Le tecnologie di stampa utilizzate per la produzione di questi sensori includono metodi come la stampa a getto d'aero, la stampa a getto d'inchiostro, la stampa rotocalco e la stampa serigrafica.

A causa della natura liquida di queste tecniche e della loro incompatibilità con materiali di base biodegradabili, la maggior parte della stampa viene effettuata su materie plastiche non biodegradabili.

La carta è un'ottima alternativa a queste materie plastiche tradizionali.

Le sue fibre di cellulosa forniscono una superficie porosa ed è biodegradabile e abbondante.

Il team di ricerca ha creato sensori di temperatura e umidità stampando linee d’argento su quattro tipi di carta disponibili in commercio attraverso un processo chiamato nanoproduzione additivo a secco.

I cambiamenti nella capacità di immagazzinare energia elettrica, chiamata capacità, e resistività negli elettrodi stampati sono monitorati per determinare gli spostamenti di temperatura e umidità.

Poiché la carta assorbe il vapore acqueo, il suo cambiamento di capacità è misurato per riflettere l'umidità relativa dell'ambiente.

Il meccanismo di rilevamento della temperatura si basa sui cambiamenti di resistenza.

Con l'aumentare della temperatura, il conduttore metallico sperimenta un aumento della resistività.

I sensori si sono dimostrati affidabili e sensibili alle variazioni di temperatura e di umidità.

Hanno rilevato con successo cambiamenti nei livelli di umidità relativa dal 20% al 90% e le variazioni di temperatura da 25C a 50C.

Inoltre, i sensori biodegradabili sono accessibili e possono essere riutilizzati e, quando arriva il momento, possono essere smaltiti in modo sicuro.

“Integrando tecniche avanzate come la nanoproduzione di additivi a secco con substrati biodegradabili, questa ricerca combina funzionalità con la responsabilità ambientale, affrontando la crescente preoccupazione dello smaltimento delle apparecchiature elettroniche”, ha affermato Mahjouri-Samani. “Questo approccio offre il potenziale per rivoluzionare le pratiche agricole intelligenti consentendo un monitoraggio preciso dei fattori chiave nella crescita delle piante”.