تحمل هذه الطائرة بدون طيار مختبرًا صغيرًا مصممًا لقياس تركيزات النترات في-المجاري المائية التي يصعب الوصول إليها. الائتمان: ناثان جاريد
ماذا لو، بدلاً من أخذ عينة من الماء أو التربة إلى المختبر، يمكنك أخذ المختبر إلى العينة؟ هذا ما قاله فريق من الباحثينأجهزة استشعار ACSتم ذلك باستخدام نظام جديد لمراقبة النترات-"معملي-على-نظام-الطائرة بدون طيار". تسمح الطائرة بدون طيار بأخذ عينات من المياه وتحليلها بسهولة وفي الوقت الفعلي-في المناطق التي يصعب الوصول إليها-مثل الخنادق شديدة الانحدار أو الأراضي المنخفضة المستنقعية.
اشترك في النشرة الإخبارية للحصول على آخر تحديثات أخبار العلوم-التكنولوجية.
يمكن لهذه التكنولوجيا أن تساعد المزارعين على تحسين استخدامهم للأسمدة ومنع تلوث المجاري المائية بسبب الجريان السطحي الزائد للنترات.
لماذا يعد رصد النترات أمرًا مهمًا
تعتبر الأسمدة المحتوية على النيتروجين-عنصرًا مهمًا في الزراعة الحديثة، ولكن معظمها يتم نقله بعيدًا عن الحقول عن طريق أنظمة تصريف المياه.
يتم تحويل جزء كبير من هذا النيتروجين المتبقي إلى نترات، مما قد يتسبب في تكاثر الطحالب و"المناطق الميتة" منخفضة-الأكسجين في المجاري المائية أو تلويث مياه الشرب. ومع ذلك، فإن مراقبة تركيزات النترات ليس بالأمر السهل دائمًا لأن الكثير من الجريان السطحي الزراعي يقع في الأراضي الزراعية النائية أو في الخنادق الموحلة، ويجب إرسال العينات إلى المختبر للمعالجة. ولذلك، يعمل الباحثون على تطوير طرق للقيام بذلك باستخدام الأجهزة التي يتم التحكم فيها عن بعد-.
كيفية عمل معمل-الطائرة بدون طيار-الطائرة بدون طيار-.
أراد جوناثان كلاوسن وزملاؤه إنشاء أحد هذه المختبرات-على-طائرة بدون طيار-لمراقبة تلوث المغذيات، وهو أقل تكلفة وأكثر كفاءة من الخيارات الحالية.
صمم الباحثون مضخة مخصصة،-وأجهزة استشعار للنترات الكهروكيميائية منخفضة التكلفة، وجهازًا لقياس الجهد لقياس تركيزات النترات بسرعة وسهولة. ثم قاموا بتركيب المعدات على طائرة بدون طيار متاحة تجاريًا. يقوم أنبوب طويل أسفل الطائرة بدون طيار بسحب المياه إلى المختبر الصغير-، حيث يتم تحليلها في الجو-في حوالي سبع دقائق.
قامت الطائرة بدون طيار بحفظ جميع النتائج على بطاقة ذاكرة مدمجة لقراءتها وتحليلها لاحقًا، وكانت قادرة على معالجة عينات متعددة قبل الهبوط.
الأداء والتطبيقات المستقبلية
في الاختبارات، اكتشف نظام الاستشعار الخاص بالباحثين تركيزات النترات تصل إلى 2.5 جزء في المليون (ppm) وكان دقيقًا بنسبة 95% مثل نظام الكشف عن النترات الكهروكيميائي المعتمد على المختبر-.
في أحد خنادق الصرف الصحي بموقع زراعي في ولاية أيوا، اكتشف المختبر-على طائرة بدون طيار-متوسط تركيزات النترات تبلغ 5.39 جزء في المليون، وهو ما يتوافق مع القياسات السابقة التي تم إجراؤها في المنطقة وأقل من الحد الأقصى لمستوى مياه الشرب وهو 10 جزء في المليون الذي حددته وكالة حماية البيئة الأمريكية.
يوضح الفريق أن نظامه الجديد يجعل مراقبة التلوث بالنترات أسهل من ذي قبل ويقدم الأساس لمختبر مستقبلي-على-تطبيقات الطائرات بدون طيار في الزراعة، مثل مراقبة البكتيريا أو التلوث بالمبيدات الحشرية في المجاري المائية.
قدم المؤلفون براءة اختراع أمريكية تتعلق بهذا العمل.
مزيد من المعلومات:معمل-على-طائرة بدون طيار-الاستشعار الكهروكيميائي الحقيقي-للنيترات في مستجمعات المياه الزراعية،أجهزة استشعار ACS(2025). DOI: 10.1021/acssensors.5c02620
مقدمة من الجمعية الكيميائية الأمريكية
