수년 동안 작물 과학자들은 식물이 땅 위에서 어떻게 자라는 지에 대해 많은 것을 배웠지만 뿌리와 토양 상호 작용에 대해서는 알려진 바가 훨씬 적습니다. 이제 두 개의 별도 XNUMX년 보조금으로 자금을 지원받는 코넬 프로젝트는 토양 특성, 물, 토양 미생물군집 및 뿌리가 자라는 방식을 감지하고 기록하는 벌레 모양의 토양 수영 로봇을 개발할 예정입니다.
농업 및 생명 과학 대학 통합 식물 과학부(SIPS) 원예 부문 부교수인 수석 조사관(PI) Taryn Bauerle이 주도하는 2만 달러 규모의 국립 과학 재단(NSF) 보조금은 다음 사항에 중점을 둘 것입니다. 식물과 토양의 관점.
한편, 공과대학 Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering의 부교수인 PI Robert Shepherd에게 750,000달러의 NSF National Robotics Initiative 보조금을 지원하여 토양 모니터링 로봇을 개발할 예정입니다.
이 프로젝트는 식량 생산성과 안보에 직접적인 영향을 미치는 육종 노력과 토양 관리를 개선하기 위해 뿌리 성장과 관련된 요소를 통합하는 궁극적인 목표로 옥수수에 중점을 둘 것입니다.
Bauerle는 “우리는 식물과 토양의 상호 작용에 대한 블랙박스에서 빛을 비출 수 있는 방식으로 식물과 토양의 지하 환경을 활용할 수 있도록 새로운 도구를 개발할 계획입니다.”라고 말했습니다.
프로젝트 공동 PI는 “이것은 실제로 식물 생물학의 차세대 개척지입니다.”라고 말했습니다. 마이클 고어, Liberty Hyde Bailey 교수이자 SIPS 식물 육종 및 유전학 부문의 분자 육종 및 유전학 교수입니다. 지하 특성을 정량화함으로써 연구원들은 지상 특성과의 관계를 식별할 수 있다고 Gore는 말했습니다.
이러한 측정값을 얻기 위해 팀은 벌레가 토양을 통해 이동하는 방식을 모방하는 연동 운동과 결합하여 구멍이 땅에 구멍을 뚫는 방식을 모방하는 1~2피트 길이의 벌레 모양 로봇을 개발할 것입니다.
Shepherd는 "앞쪽은 흙을 느슨하게 하고 뒤쪽은 앞으로 밀고 그 흙을 터널 벽으로 밀어 넣습니다"라고 말했습니다. 그들은 하나의 로봇이 옥수수 전체 행에 걸쳐 지속적인 데이터를 수집할 계획입니다.
팀은 다양한 센서와 전략을 실험할 예정입니다. 토양을 밀어내는 로봇의 능력은 토양 밀도 및 밀도와 같은 특성을 드러낼 수 있습니다. 로봇에는 소형 온도 및 습도 센서도 장착됩니다.
광섬유 케이블은 성장과 각도를 측정하기 위한 뿌리의 직접 이미징을 포함하여 다양한 측정을 제공할 수 있습니다. 팀은 프로젝트 공동PI 연구실에서 개발한 '아쿠아더스트(AquaDust)'를 활용할 예정이다. 아브라함 스트록, Gordon L. Dibble '50 공과대학 Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering 교수. AquaDust는 토양 내 수분의 양에 따라 다양한 파장의 형광을 발산합니다.
광섬유는 또한 식물 뿌리에서 배출되는 탄소 화합물을 포함하여 토양 미생물과 뿌리 화학의 여기 및 방출 파장을 측정할 수 있습니다. “우리는 뿌리 표면과 주변 토양에 어떤 화학 물질과 유기체가 널리 퍼져 있는지 대략적으로 결정할 수 있어야 합니다.”라고 Shepherd는 말했습니다.
뿌리 특징, 토양 특성, 화합물, 미생물 및 물을 정량화함으로써 연구원들은 예측 모델을 사용하여 지하 및 지상 특성을 결합하여 곡물 수확량 및 스트레스 내성과 같은 것을 예측할 수 있다고 Gore는 말했습니다.
프로젝트의 또 다른 목표는 식물이 물 가용성과 같은 기후 변화의 영향에 어떻게 대응할 수 있는지 평가하는 것입니다. 환경 데이터를 고려한 뿌리 성장 측정은 가뭄과 같은 외부 조건에 따라 뿌리가 어떻게 자라는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.
토양은 무선 전송에 좋은 매체가 아니기 때문에 연구원들은 나중에 검색할 수 있도록 데이터를 메모리에 기록하는 프로토타입을 테스트할 예정입니다. 그들은 또한 옥수수 식물의 줄을 따라 이어지는 흙과 전선을 통한 음향 통신을 실험할 수도 있습니다. 프로젝트가 끝나면 연구원들은 옥수수밭에서 프로토타입의 실시간 시연을 선보일 수 있기를 희망합니다.
예비 작업은 A의 종자 자금 지원을 통해 가능해졌습니다. 디지털 농업을위한 코넬 이니셔티브 부여.