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Aktuell  17.01.2023

Sensoren und Katastrophen

Supratik Guha von der University of Chicago will mit einem neuartigen Sensornetz Echtzeitdaten mit hoher Dichte erfassen, die für die Erstellung eines genauen Bildes eines Ökosystems unerlässlich sind.

'Wir wollen sehen, wie Flüsse verschmutzt werden und wie viel Dünger aus dem Boden ausgewaschen wird. Mit besseren Daten können Ökologen bessere Stickstoff- und CO2-Kreislaufmodelle entwickeln und Landwirte können ihre Pflanzen genau zur richtigen Zeit bewässern', sagt Guha.

Werden Felder unnötig bewässert, wird wertvoller Dünger ausgewaschen, der Bäche, Flüsse und sonstige Gewässer überdüngt. Die Folge ist übermäßiges Wachstum, etwa von Algen. Im schlimmsten Fall wird der Sauerstoff im Wasser aufgezehrt, sodass keine Bewohner überleben. Andererseits gefährdet ein Landwirt seine Ernte, wenn er zu spät bewässert.

Das Team hat unter dem Projektnamen 'Thoreau' drei separate Umweltsensornetzwerke entwickelt, die günstige Sensoren und leistungsschwache drahtlose Systeme wie Sigfox nutzen. Ein solches Netzwerk überwacht bereits die Wasserqualität indischer Flüsse. Ein anderes erfasst die Bodenfeuchtigkeit rund um den Campus der University of Chicago, während ein drittes das ganze Jahr über Bodeninformationen auf einer Pilotfarm in der Nähe des Fermi National Laboratory sammelt.

Das Fermi-Farmnetzwerk 'Thoreau 2.0' nutzt relativ kostengünstige Bodensensoren, die mit einer kunststoffummantelten Leiterplatte verbunden sind. Diese 'Knoten' sehen aus wie kleine bildschirmlose Smartphones mit gezackten Antennen. Jeder der 23 Knoten der Farm ist knapp 50 Zentimeter unter der Oberfläche vergraben, wo sie volumetrischen Wassergehalt, Temperatur und elektrische Leitfähigkeit des Bodens erkennen. Vier AA-Lithium-Ionen-Batterien versorgen die Knoten rund viereinhalb Jahre lang mit Strom, ehe sie ausgetauscht werden müssen.

'Durch den Einsatz von Sensoren auf Feldern, in Wäldern und Naturschutzgebieten können wir eine Fülle von Daten wie Wasserqualität und Bodentemperatur überwachen', sagt Guhas Doktorand Gregory Grant. Er ergänzt: 'In Kalifornien etwa wäre das ein mächtiges Werkzeug, um Waldbrände frühzeitig zu erkennen und das landwirtschaftliche Management zu unterstützen.'

pte/red

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#Forschung #Sensoren #Umwelt



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