微小作物健康センサ、食料品のコスト削減に有用

June, 19, 2024, Melbourne--国際的なエンジニアチームが開発した赤外線イメージング機能を備えたコンパクトで軽量なセンサシステムは、ドローンに簡単に取り付けて作物を遠隔監視することができる。

このフラット光学技術は、様々な産業における環境センシングのための従来の光学レンズアプリケーションに取って代わる可能性を秘めている。

このイノベーションにより、農家は画一的なアプローチをとるのではなく、灌漑、施肥、害虫駆除が必要な作物を特定できるため、食料品が安くなり、収穫量が増える可能性がある。

このセンサシステムは、大量のデータを作成したり、かさばる外部プロセッサを使用したりすることなく、エッジ検出(果物などの物体の輪郭を画像化すること)と詳細な赤外線情報の抽出を迅速に切り替えることができる。

詳細な赤外線画像に切り替える機能は、この分野では新しい開発であり、リモートセンサが害虫の蔓延の可能性のある領域を特定したときに、農家がより多くの情報を収集できるようになる可能性がある。

ニューヨーク市立大学(CUNY)、メルボルン大学、RMIT大学、ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems(TMOS)の研究者らによる研究成果が、Nature Communications に掲載される。

センサシステムの機能方法
二酸化バナジウムと呼ばれる材料の薄層で作られたフィルタで構成され、エッジ検出と詳細な赤外線イメージングを切り替えることができるプロトタイプのセンサシステムは、TMOSの主任研究者であるメルボルンのRMITのMadhu Bhaskaran教授と同氏のチームによって設計された。

「二酸化バナジウムなどの素材は、デバイスを『スマート』にするための素晴らしいチューニング機能を付加する」(Bhaskaran)。

「フィルタの温度が変化すると、二酸化バナジウムは絶縁状態から金属状態に変化する。これにより、処理された画像は、フィルタがかけられた輪郭からフィルタがかけられていない赤外線画像に変化する。」

「これらの材料は、環境センシング用途の従来のレンズに技術を置き換えることができる未来のフラットオプティクスデバイスに大いに役立つ可能性がある。これにより、小型、軽量、電力容量を必要とするドローンや衛星での使用に最適である。

RMITは、二酸化バナジウムフィルムの製造方法について、米国特許を取得しており、オーストラリア特許出願中であり、幅広い用途に適している可能性がある。
筆頭著者Dr Michele Cotrufoによると、エッジ検出から詳細な赤外線画像の取得まで、処理操作を切り替えるシステムの機能は重要である。

「最近のいくつかのデモンストレーションでは、メタサーフェスを使用したアナログエッジ検出が実現されているが、これまでにデモされたデバイスのほとんどは静的なものである。その機能は時間的に固定されており、動的に変更したり制御したりすることはできない」と、CUNYで研究を行ったCotrufoはコメントしている。

「しかし、処理操作を動的に再構成する能力は、メタサーフェスがデジタル画像処理システムと競争できるようにするための鍵となる。これこそが、われわれが開発してきたものである」

次のステップ
論文の共著者、メルボルン大学の博士課程学者Shaban Sulejmanによると、使用されている設計と材料により、このフィルタは大量生産に適合している。

また、標準的な製造技術と互換性のある温度で動作するため、市販のシステムと統合するのに適した場所にあり、研究から実際の使用に迅速に移行できる」とコメントしている。