基于磁性剪纸技术的可穿戴型草本植物汁液流动传感器，适用于易损的草类植物

《npj Flexible Electronics》：Magnetic kirigami-based wearable plant sap flow sensor for fragile grass-like plants

　　

摘要

能够实时、无创地监测植物生理信息的可穿戴传感器有望为精准农业带来变革。然而，为脆弱的草本植物设计这类传感器存在诸多挑战。在本研究中，我们推出了首款专为水稻设计的可穿戴汁液流动传感器，水稻是人类生存的重要作物。这款创新传感器可持续监测植物的汁液流动情况，从而在真实的农业环境中实时评估其水分状况。该传感器将感应组件集成到一种薄而具有弹性的磁性剪纸结构基底中，因此具有极为紧凑的设计（3×1.6厘米）和较轻的重量（0.44克）。与传统基于聚合物的可穿戴传感器（如PDMS）不同，我们的这种基于剪纸结构的传感器具备更好的透气性，有助于在长期使用过程中保持植物健康。其磁性特性还便于快速自动附着在植物上，简化了田间部署流程。基于这些设计，我们成功在真实农作条件下实现了长达8周的汁液流动监测。此外，我们还基于汁液流动数据开发了一种高精度的干旱胁迫预测方法，准确率达到了93.22%，远高于传统基于土壤湿度的预测方法（57.69%）。我们认为，这款传感器通过及时检测植物的干旱胁迫，有助于提高水资源利用效率并提升农业生产力，是精准农业领域的一项重要进展。