Rekbare sensoren meten perengroei op de boom

De sensoren zijn gebaseerd op het vloeibare metaal Galinstan, een legering van gallium, indium en tin. Een geleidend spoor daarvan wordt ingebed in zeer rekbaar siliconenmateriaal. Als de peer groeit, rekt de sensor mee en verandert zijn elektrische weerstand. Zo wordt de verandering van de vruchtdiameter elektronisch opgevolgd. De technologie werd recent gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Advanced Materials Technologies. 

“Een groeiende vrucht stelt heel andere eisen aan elektronica dan een klassieke toepassing”, zegt Asad Ullah, onderzoeker bij IUMAT, het Instituut voor Materiaalonderzoek van UHasselt en imec. “De sensor moet sterk kunnen uitrekken, wekenlang in open lucht kunnen functioneren en tegelijk de natuurlijke groei van de vrucht zo weinig mogelijk beïnvloeden. Dit seizoen hebben we de sensoren samen met pcfruit in het veld getest en konden we de verandering van de diameter zeer nauwkeurig volgen.” 

De onderzoekers ontwikkelden twee complementaire versies van de sensoren. Een eerste sensor volgt de jonge vruchten tot de vruchtdunning, waarbij een deel van de jonge peren chemisch wordt verwijderd zodat de overige vruchten optimaal kunnen doorgroeien. Indien er teveel vruchten aan de boom blijven hangen, leidt dit immers tot relatief kleine peren waarvoor de teler minder betaald wordt. Een tweede sensor wordt geïnstalleerd na de dunning en kan blijven zitten om de verdere vruchtontwikkeling tot aan de oogst op te volgen. 

Foto: Rekbare sensoren op de peren bevestigd

Een buienradar voor fruitgroei 

Naast de sensor ontwikkelden de onderzoekers ook een volledig draadloos uitleessysteem dat het mogelijk maakt om de gegevens uit het veld automatisch door te sturen naar een databank. Zo ontstaat voor elke gemonitorde vrucht een tijdreeks van de groei. 

“De sensor rond de peer is maar één onderdeel van het systeem”, zegt Thijs Vandenryt, onderzoeker bij IUMAT. “Dankzij de elektronica en software kunnen we de verandering in diameter van dag tot dag opvolgen. Je kunt het een beetje vergelijken met een buienradar voor fruitgroei: niet alleen zien we hoe groot een peer vandaag is, maar vooral hoe de groei evolueert en wanneer die versnelt of vertraagt.” 

Voor pcfruit ligt daarin een belangrijke mogelijke meerwaarde.
“Vruchtgroei wordt vandaag typisch op specifieke momenten gemeten”, zegt Serge Remy van de afdeling Plantonderzoek & Management van pcfruit, medeprojectleider van het onderzoek. “Met deze sensoren krijgen we veel meer informatie over de dynamiek van die groei. Bij jonge vruchten kan dat bovendien helpen om vruchtdunning beter te ondersteunen, maar dit vergt nog meerdere jaren bijkomend onderzoek. Later in het seizoen willen we onderzoeken of groeipatronen ook bruikbare informatie opleveren om de vruchtmaat bij oogst te voorspellen zodat de teler nog voor de oogst kan ingrijpen met extra irrigatie om dikkere peren te bekomen.” 

Foto: Het meten van de vruchtmaat bij de jonge peren

Van meten naar voorspellen 

Voor UHasselt past het project binnen een breder onderzoek naar rekbare en geprinte elektronica op basis van vloeibare metalen. “Wetenschappelijk is dit een heel interessante toepassing omdat we elektronica letterlijk moeten laten meegroeien met een biologisch systeem”, zegt medeprojectleider professor Wim Deferme van IUMAT. “We onderzoeken hoe we vloeibare metalen betrouwbaar kunnen integreren in rekbare materialen en hoe zulke sensoren maandenlang buiten kunnen functioneren. De volgende stap is om te bepalen hoeveel vruchten we moeten meten om iets te kunnen zeggen over een volledige boom of een perceel.” 

Een belangrijk voordeel van deze sensoren ten opzichte van camera- en dronegebaseerde technologie is hun hoge meetnauwkeurigheid. De sensoren kunnen individuele vruchten identificeren en opvolgen en veranderingen met een nauwkeurigheid van minder dan één millimeter detecteren. Daarnaast zijn ze eenvoudig te installeren en is na installatie geen verdere kalibratie of afstelling nodig. De ambitie is om de groeidata later te combineren met andere informatie, zoals temperatuur, neerslag, bodemvocht, irrigatie en teeltmaatregelen. 

“Met al deze informatie hopen we te leren begrijpen wat er precies gebeurt tijdens het groeiproces zodat we dit uiteindelijk beter kunnen voorspellen”, zegt professor Deferme. “Dat is waar deze technologie voor precisielandbouw echt interessant kan worden.” 

Foto: Sensoren voor elektronische data-analyse