Hightech-Pflaster erkennt Pflanzenkrankheiten

Pflaster, das Stress bei den Pflanzen frühzeitig erkennt (Foto: Qingshan Wei, ncsu.edu)

Raleigh (pte003/14.04.2023/06:10) - Ein multifunktionales elektronisches Pflaster der North Carolina State University ( https://www.ncsu.edu ) erkennt Pflanzenkrankheiten und Stress frühzeitig. Somit reichen nur kleine Mengen an Pflanzenschutzmitteln oder andere Maßnahmen, die die Umwelt wenig oder gar nicht belasten. Aufgeklebt wird das Pflaster nur auf ausgewählte Blätter. Erkannt werden verschiedene Krankheitserreger wie Virus- und Pilzinfektionen sowie Belastungen wie Trockenheit oder Salzgehalt im Ackerboden.

Sicherung der Ernte

Bei Tests hat die Innovation von Qingshan Wei den Tomatenbronzefleckenvirus mehr als eine Woche früher erkannt als ein Gemüsebauer. "Das ist wichtig, denn je früher Züchter Pflanzenkrankheiten und Pilzinfektionen oder abiotische Belastungen wie Trockenheit und durch Salz verunreinigtes Wasser erkennen, desto besser können sie die Ausbreitung der Krankheit begrenzen und ihre Ernte sichern", sagt Wei.

Das Pflaster identifiziert unterschiedliche flüchtige organische Verbindungen (VOC), die von Pflanzen emittiert werden. Der jeweilige Mix deutet auf bestimmte Arten von Stress wie Pilzbefall oder Trockenheit hin. Um ihn zu deuten, hat die auf Künstlicher Intelligenz basierende Auswertelektronik ein Training mit maschinellem Lernen absolviert. Messbasis ist der elektrische Widerstand in den Sensoren, der sich durch VOC charakteristisch ändert.

Nanotechnik-Sensoren

"Die Pflaster enthalten zusätzliche Sensoren, die die Temperatur, die Umgebungsfeuchtigkeit und die Menge an Feuchtigkeit überwachen, die von den Pflanzen über ihre Blätter ausgeatmet wird", sagt Weis Kollege Yong Zhu. Die Daten werden vor Ort gespeichert oder per Mobilfunk an den Auswertungs-Computer übermittelt.

Die Pflaster sind nur 30 Millimeter lang und bestehen aus einem flexiblen Material, das Sensoren und Elektroden auf Silber-Nanodrahtbasis und Kohlenstoffnanoröhrchen enthält. Sie werden auf die Unterseite der Blätter geklebt, die eine höhere Dichte an Stomata aufweisen. Das sind die Poren, mit denen die Pflanze atmet.

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