Mit winzigen Sensoren auf den Oberflächen der Blätter von Nutzpflanzen, die Temperatur und Feuchtigkeit messen, und dehnbaren Bändern, die um die Stängel gewickelt werden und deren Dickeänderung erfassen, optimieren Forscher der Tufts University die Ernten. Die Daten werden live an das Smartphone des Landwirts übermittelt. Werden die Stängel zu langsam dicker, fehlt es an Dünger. Und deuten Temperatur und Blattfeuchtigkeit auf zu wenig Wasser hin, muss bewässert werden.
Um die Stromversorgung muss sich der Bauer nicht sorgen. Die ist auch ohne Batterie und Netzanschluss gesichert. Energie beziehen die Blattsensoren aus der Feuchtigkeit, die die Pflanze durch Verdunstung in die Umwelt entlässt. Der Strom wird in übereinander gestapelten Schichten aus nanodünnen Vanadiumpentoxid-Kristallen und Graphen erzeugt, erklären die Experten der Tufts University.
Wasser, das aus den Blättern in diese Membran diffundiert, wird in Ionen aufgespalten, also gegensätzlich geladene Partikel, die als Strom genutzt werden können. Die Leistung liegt zwar nur im Mikrowattbereich, doch das reicht für den Sensor und die Datenübermittlung aus - und sogar noch für die Energieversorgung der Bänder, die um den Stängel gewickelt werden. Diese ändern ihren Widerstand, wenn sie gedehnt werden.
Bei extremer Trockenheit wird allerdings kein Strom mehr erzeugt, was dem Landwirt nicht verborgen bleibt, weil dann keinerlei Daten mehr auf seinem Smartphone ankommen. Dann muss er persönlich auf das Feld eilen, um zu sehen, was los ist. Der Blattsensor ähnelt einem temporären Tattoo, ist dünn, flexibel und lässt sich auf unebenen Oberflächen anbringen, sodass die Pflanze atmen und sich im Wind biegen kann, ohne Schaden zu nehmen.
"Es gibt zwar bereits andere Pflanzensensoren, doch ihre Fähigkeit, mehrere Stressfaktoren und wachstumsbezogene Parameter zu erfassen, ist begrenzt. Und die Technologie ist oft auf externe Batterien angewiesen, was den Einsatz im Freiland erschwert", sagt Doktorand Nafize Hossain, der das System gemeinsam mit Sameer Sonkusale entwickelt hat.
Während die Sensorik schon funktioniert, arbeiten die Wissenschaftler noch an der Datenübermittlung. Dafür gibt es zwei Optionen, die beide darauf beruhen, dass die Informationen an eine auf dem Feld installierte Zentrale übermittelt werden, die wiederum die Daten über das Mobilfunknetz zum Smartphone des Landwirts schickt. Infrage kommen Bluetooth oder der besonders energiesparende Kommunikationsstandard Long Range.
