Der SOILMONITOR nutzt ein neuartiges Sensorkonzept: Der Sensor wird auf Wurzelhöhe zwischen 30 und 60 cm tief im Acker vergraben und benötigt keine weitere Wartung. Ein ganzes Jahr soll der Sensor im Boden verbleiben und in regelmäßigen Abständen Messungen vornehmen. Die Daten können im Anschluss direkt vom Landwirt abgerufen werden. Damit ist das erste Mal eine Nährstoffzeitreihe durch eine vollautonome Messung realisierbar.

Bodenwasserextraktion

Im ersten Schritt wird die benötige Bodenlösung extrahiert. Durch einem Keramikeinlass, ähnlich einer Saugkerze, wird die Lösung mit Unterdruck auf unseren Mikrofluidikchip gezogen.

Das Foto links zeigt das erfolgreiche Ergebnis eines Extraktionsversuchs mit vier Testeinheiten.

Mikrofluidik

Das Herzstück des Sensors ist die Mikrofluidik. Die eingezogene Bodenlösung wird hier mit einem chemischen Assay verfärbt. Diese Reaktion ist nährstoffspezifisch, durch den Grad der Verfärbung kann deshalb sehr genau Rückschluss auf die Nährstoffkonzentration gezogen werden. Dafür werden nur wenige µL Bodenwasser benötigt.

Unser Chip besteht aus drei PDMS Schichten, die auf einem Glassubstrat aufgetragen sind. Die Ventile sitzen hier direkt auf dem Chip und steuern zusammen mit den Pumpen die Flüssigkeiten auf dem Chip.

Und so funktioniert es

Der SOILMONITOR funkt nach erfolgreicher Messung die Ergebnisse aus dem Boden entweder direkt oder über einen Repeater an den Landwirt. Dieser kann die Ergebnisse so direkt auf seinem Handy oder Rechner sehen.

Unten links: Ein wichtiger Meilenstein für SOILMONITOR, die ersten 25 Prototypen, fertiggestellt im Oktober 2024.

Unten mittig: Eine Nitratmessung mit einem der Protoypen.

Unten rechts: Der Prototyp passt bereits jetzt in eine Hand.