Az energiaellátás komoly akadályt jelent a valódi intelligens mezőgazdaság felé vezető úton. Még a leginkább energiahatékony eszközöknek is áramra van szükségük a GPS-koordináták, a nedvességszint, a hőmérséklet, a talaj savassága, a tápanyagkoncentráció és a betolakodó kártevők nyomon követéséhez és jelentéséhez. Erre pedig annyi megoldás létezik, ahány adatot kell nyomon követni: hosszú élettartamú akkumulátorok, napelemek, szélgenerátorok, lézer- és mikrohullámú energiasugarak, sőt, még kondenzátorral töltött drónok is, amelyek képesek az eltemetett indukciós tekercsek fölé telepedni és feltölteni azokat - olvasható az IEEE Spectrum oldalán. Most a cookeville-i Tennessee Technológiai Egyetem kutatói újabb új ötlettel állnak elő: közvetlenül a talajon keresztül küldenék a szenzoroknak az elektromos energiát. Ez nem csupán laboratóriumi kuriózum, ugyanis a kutatók egy nagyszabású kísérlet részeként több vegetációs időszakon keresztül egy kéthektáros tesztparcellán elosztott elektromos energiát továbbítottak a talajon keresztül (TTS) távérzékelők és nagy hatótávolságú, kis teljesítményű LoRa rádiók táplálására.

De hogyan is működik ez az új megoldás?

A mérnökök egy mobil napelemes csoporttal látták el energiával a tesztjeiket, és naponta nagyjából 0,1 kWh-ra volt szükségük. Ha kiskereskedelmi árakat fizettek volna ezért az energiáért, akkor ez naponta alig több mint forintba került volna. A kutatók TTS-rendszere három fő összetevőből áll: egy teljesítményadóból, egy vagy több teljesítményvevőből és több érzékelőmodulból.

A csoport kéthektáros teszthálózata négy érzékelőcsomagot kapcsolt össze: mindegyik tartalmazott egy mikrochip mikrokontrollert, egy LoRa hálózati integrált áramkört, egy kis kondenzátort, valamint két talajérzékelőt - egyet a nedvesség, egyet a hőmérséklet mérésére. A kísérlet négy érzékelőmodulja együttesen 0,8 wattot igényelt, ám mivel a rendszernek nem kellett folyamatosan figyelnie az érzékelő leolvasásait, a munkaciklus 1 perc bekapcsolásból és 59 perc kikapcsolásból állt, ami a napi energiafogyasztást 0,1 kWh-ra csökkentette.

Koncepcionálisan az adó és a több vevő összekapcsolt áramköröket alkot. Az áram az adónál mélyen a földbe kerül, a vevők pedig a mezőkön szükség szerint veszik fel. A kutatók a kísérlet eredményeiről szóló tanulmányban úgy fogalmaztak, hogy a TTS-rendszer geometriája egy vízkúthoz hasonló, ami lehetővé teszi, hogy ezt a [nagy hatótávolságú vezeték nélküli energiaátviteli] technikát a felhasználó számára nagyon kis költséggel integrálják a meglévő mezőgazdasági infrastruktúrába.

A mezőgazdasági talajok újabb jó tulajdonsága derült ki

Charles Van Neste, a Tennessee Technológiai Egyetem adjunktusa és kollégái 2016-ban kezdtek el dolgozni a TTS-energián. Azóta tanulmányozták a talaj elektromos tulajdonságait, és megtanulták, hogyan viselkedik az áram a föld alatt, miközben erőfeszítéseket tettek a rendszer nagyobb földterületekre való kiterjesztésére is. Munkájuk során a kutatók megtudták, hogy míg a talaj általában megbízhatatlan vezető, a mezőgazdasági talaj - amelyet öntöznek és rendszeresen ionokkal látnak el a műtrágya révén - sokkal jobb elektromos vezetőképességgel rendelkezik.

Azt is megállapították, hogy az áram követi a talajrétegeket; más szóval az áram hajlamos vízszintesen haladni egy adott talajrétegen keresztül. Ez a felfedezés alapozta meg az adó függőleges kialakítását, amely lehetővé teszi, hogy az áram megtalálja a legjobb réteget, amelyen keresztül haladhat.

A Tennessee-i Műszaki Egyetem világszerte szabadalmat nyújtott be a TTS-re. A kutatók egy induló vállalkozással már dolgoznak a felfedezés piaci termékké alakításán.