Torka är ett av en bondes mest fruktade hot. Och i vårt värmande klimat har risken för torka ökat. I förutseende av en torrare framtid har två tonårsingenjörer undersökt hur man kan hjälpa bönder att hålla sina grödor från att bli farligt törstiga. När de arbetade på motsatta sidor av USA använde tonåringarna olika metoder för att kämpa för att hålla växterna gröna. Deras uppfinningar fick var och en ett stort pris på årets Regeneron International Science and Engineering Fair.
John Benedict Estrada, 16, identifierade ett sätt för en robotarm att mäta växttörst. För sitt arbete vann John Gordon E. Moore Award $50 000 för positiva resultat för framtida generationer.
Arya Tschand, 17, monterade ett något enklare system för att upptäcka växttörst på en drönare. Hans proof-of-princip-test visar att de flygande sensorerna sedan kan berätta för markbaserade bevattningssystem vilka växter som behöver vatten – och hur mycket. Arya tog hem ISEF:s $10 000 Craig R. Barrett Award for Innovation.
Båda tonåringarna visade upp sin forskning för allmänheten den 18 maj som en del av ISEF-tävlingen. Mässan skapades av Society for Science och flyttade online i år på grund av covid-19-pandemin. (The Society for Science publicerar också Science News for Students.) I år visade nästan 2 000 gymnasieelever från 64 länder, regioner och territorier upp sina projekt online. Med affischer, videor och bilder för att presentera sitt arbete tävlade tonåringarna om 5 miljoner dollar i priser.
Präsenterande växttörst
Torra perioder kan hämma eller till och med döda grödor. När han bor i Kaliforniens Central Valley, har John sett massor av dessa torka. Som andra student på Clovis North High School i Fresno ville han hjälpa bönder att rädda sina växter från att bli farligt uttorkade.
Johns robotarm kan rotera i alla riktningar, vilket gör att han kan mäta bladen på en växt, jorden och mer.J. Estrada
Den huvudsakliga modellen som forskare använder för torkstress i grödor är beroende av att mäta saker som hur torr luften är ovanför jordbruksfält och hur varm en växt blir. (Johns lillasyster, Pauline Estrada, använde den här modellen av torkstress när hon byggde en växtkännande rover. Baserat på detta projekt var hon finalist i höstas i Broadcom MASTERS-tävlingen. Den hålls för forskare i mellanstadiet.)
John ville se om han kunde mäta en växts torkstress mer direkt. Så han byggde en liten robotarm och använde den för att mäta ljuset som reflekterades från paprika. När växter blir torra ändras sättet de reflekterar blått, grönt och rött ljus väldigt lite. Det är inget som våra ögon kan se. Men det är något en robot kan upptäcka. Samtidigt mätte hans robot markfuktighet och temperatur.
Med dessa data byggde han en datormodell. Det förutsäger vilka växter som kommer att drabbas av törst snabbare än andra metoder, säger John. Att identifiera växter i riskzonen, säger han, kan peka bönder tidigare till var de ska börja vattna – innan deras växter verkligen lider. “Nästa år planerar jag att göra ett fältexperiment”, säger John. Han kanske till och med lånar sin systers rover “för att samla in fältdata och anpassa min … modell till faktiska fältförhållanden.”
Drones för torka
Det är också viktigt att se till att inget bevattningsvatten slösas bort. Det är därför Arya Tschand, 17, har skjutit upp sin drönare mot himlen. Denna senior vid High Technology High School i Lincroft, NJ, syftar till att hjälpa fattiga bönder som de han såg när han reste i Indien.
Förklarare: Vad är en datormodell?
“Jag tittade i fullkomlig misstro över ändlösa fält av vissna grödor,” säger han. Problemet, fick han veta, var vattenbrist. Så Arya gav sig i kast med att hitta sätt att begränsa vattenspill.
Tonåringens drönare svävar över växter och mäter deras färg. Med hjälp av en datormodell lärde Arya drönaren att förutsäga hur törstig en växt var baserat på färgen på dess blad. Baserat på den färgen skickar drönaren sedan en signal till ett bevattningssystem på marken, som justerar hur mycket vatten den skickar ut till plantorna.
I den här videon beskriver Arya hur hans drönare kan upptäcka växtfärg och sedan styra hur mycket vatten den växten får.
För närvarande bevattnar många bönder med hjälp av rör med hål. Aryas system lägger till en liten ventil som justerar hur mycket vatten som kommer in i röret. Detta säkerställer att grödor får så mycket som de behöver, men inte för mycket. I områden med torka, där varje droppe är viktig, har bönderna inte råd att slösa bort fukt.
“Jag hade inte ett fält med grödor att testa min drönare på, så jag använde några växter som jag hade hemma”, säger Arya. Precis som John är hans nästa steg att skala upp sitt projekt. Under tiden har han ansökt om patent på sitt system.
“Jag vet att att göra även den minsta förbättring med mitt projekt har potential att avsevärt hjälpa människor som drabbas av vattenbrist”, säger Arya. Det bästa med vetenskap som denna är att varje liten droppe vattenforskning hjälper.
Leave a Reply