Una nueva investigación del Departamento de Ingeniería Mecánica Paul M. Rady sobre sensores biodegradables puede cambiar la forma en que los agricultores rastrean, miden y responden en tiempo real a la actividad microbiana de su suelo con grandes implicaciones para abordar las emisiones globales de gases de efecto invernadero.
por Josh Rhoten, Universidad de Colorado en Boulder
El trabajo, publicado recientemente en Advanced Science , fue dirigido por Madhur Atreya (Ph.D.MechEngr’22) y los profesores Greg Whiting y Jason Neff en CU Boulder. Describe cómo un sensor económico y fácil de imprimir puede medir la salud del suelo mediante el seguimiento de su propia descomposición en tiempo real , todo con poco o ningún impacto en su entorno exterior y mediante el uso de componentes electrónicos fácilmente disponibles.
«La degradación de un objeto, ya sea nuestro sensor novedoso o un automóvil viejo oxidado, puede contar una historia sobre su entorno. En este artículo, mostramos que la forma en que un dispositivo biodegradable simple falla en el suelo puede decirnos algo sobre el suelo». actividad microbiana que es útil en una variedad de situaciones», dijo Atreya.
Más de un tercio del suelo en todo el mundo está agotado, lo que conduce a un mayor uso de fertilizantes y, a su vez, a un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero. Atreya dijo que obtener información específica sobre la cantidad de fertilizante utilizado en un área o qué tan saludable es el suelo en general es crucial tanto para mejorar el suministro agrícola como para frenar potencialmente la pérdida de biodiversidad en los esfuerzos de conservación, pero tradicionalmente ha sido difícil de lograr.
Esto se debe en parte a que obtener métricas relevantes requiere retirar el suelo y enviarlo a un laboratorio para su análisis. Eso lleva tiempo y el contenido microbiano tanto en la muestra como en el campo puede cambiar en el medio. Atreya dijo que otros enfoques para recopilar este tipo de información son igualmente laboriosos o carecen de los informes en tiempo real y los aspectos de fácil acceso a los datos que el equipo está tratando de lograr.
«Hay dos programas existentes, Tea Bag Index y Soil Your Undies, que alientan a las personas de todo el mundo a enterrar artículos en el suelo y monitorear cuantitativa o cualitativamente su descomposición física para comprender la salud del suelo circundante», dijo. «Puede pensar en nuestro nuevo sensor como una versión electrónica de ese enfoque».
El equipo ahora se está enfocando en mejorar la capacidad de fabricación y la durabilidad de sus sensores.
«Estamos explorando otros materiales que podemos usar para hacer sensores similares que pueden ser mejores y para apuntar a una actividad microbiana/enzimática del suelo más específica «, dijo. «Recientemente también obtuvimos una nueva subvención del programa ARPA-E del Departamento de Energía que nos permitirá explorar aspectos del ciclo del nitrógeno del suelo».
Atreya pasó un tiempo como ingeniero de diseño en la industria antes de llegar a CU Boulder para obtener su doctorado. Se graduó en el verano de 2022 y actualmente trabaja como investigador postdoctoral en Whiting.
«He estado interesado en el diseño sostenible durante bastante tiempo, pero nunca imaginé que trabajaría en productos electrónicos biodegradables impresos», dijo. «El suelo es muy complicado y cada lote puede variar. Afortunadamente, tuve un gran equipo de expertos en suelos y polímeros en ingeniería y en todo el campus para ayudarme y guiarme en el camino».
Más información: Madhur Atreya et al, Un sensor de descomposición de suelo impreso transitorio basado en un conductor compuesto de biopolímero, Advanced Science (2022). DOI: 10.1002/advs.202205785
