Sensori indossabili: nuovi strumenti di raccolta dati per la fenotipizzazione delle piante

Per far fronte alla crescente domanda globale di cibo, è necessario migliorare le rese delle colture attraverso una fenotipizzazione efficiente. La fenotipizzazione basata su immagini ottiche ha consentito progressi significativi nel miglioramento genetico e nella gestione delle colture, ma presenta limitazioni in termini di risoluzione spaziale e accuratezza a causa del suo approccio senza contatto.
I sensori indossabili che utilizzano misurazioni a contatto offrono un'alternativa promettente per il monitoraggio in situ dei fenotipi delle piante e del loro ambiente. Nonostante i primi progressi nel monitoraggio della crescita delle piante e del microclima, il potenziale dei sensori indossabili per la fenotipizzazione delle piante rimane in gran parte inutilizzato.
Nel luglio 2023, Plant Phenomics ha pubblicato un articolo di revisione intitolato "Sensori indossabili: nuovi strumenti di raccolta dati per la fenotipizzazione delle piante". Lo scopo di questo articolo è esplorare la capacità dei sensori indossabili di monitorare vari fattori vegetali e ambientali, evidenziandone l'elevata risoluzione, la versatilità e la minima invasività, affrontando al contempo i problemi esistenti e fornendo soluzioni.
I sensori indossabili offrono un approccio rivoluzionario alla fenotipizzazione delle piante, superando i limiti dei tradizionali metodi senza contatto come l'imaging ottico. Offrono elevata risoluzione spaziale, versatilità e minima invasività, consentendo la misurazione di vari fenotipi vegetali come allungamento, temperatura fogliare, idratazione, biopotenziale e risposte allo stress.
Tecnologie innovative come estensimetri estensibili e sensori di elettrodi flessibili si adattano alla crescita e alla morfologia delle piante, facilitando il monitoraggio in situ in tempo reale.
A differenza dell'imaging ottico, i sensori indossabili sono meno sensibili ai fattori ambientali e possono fornire dati più accurati. Nel monitoraggio della temperatura e dell'umidità delle foglie, i sensori indossabili utilizzano la connettività wireless e materiali avanzati per fornire misurazioni affidabili e accurate.
I sensori con elettrodi flessibili offrono progressi nella misurazione dei biopotenziali, riducendo al minimo i danni alle piante e garantendo un monitoraggio continuo. Il rilevamento delle risposte allo stress può essere migliorato utilizzando sensori che monitorano i primi segnali di malattie o stress ambientale, come le radiazioni ultraviolette e l'esposizione all'ozono.
I sensori indossabili eccellono anche nel monitoraggio ambientale, valutando fattori come la temperatura dell'aria, l'umidità, la luce e la presenza di pesticidi. I sensori multimodali su piattaforme leggere ed estensibili raccolgono dati in tempo reale, fondamentali per comprendere i microambienti che influenzano la crescita delle piante.
Sebbene i sensori indossabili siano molto promettenti per la fenotipizzazione delle piante, devono anche affrontare sfide come l'interferenza con la crescita delle piante, interfacce di legame deboli, tipi di segnale limitati e copertura di monitoraggio ridotta. Le soluzioni includono materiali leggeri, morbidi, elastici e trasparenti, nonché tecnologie di legame avanzate e l'integrazione di più modalità di misurazione.
Con il continuo progresso della tecnologia dei sensori indossabili, si prevede che svolgerà un ruolo fondamentale nell'accelerare la fenotipizzazione delle piante, offrendo una maggiore comprensione delle interazioni tra pianta e ambiente.