الجفاف هو أحد أكثر التهديدات التي يخشى عليها المزارعون. وفي مناخنا الذي يزداد احترارًا ، يتصاعد خطر الجفاف. توقعًا لمستقبل أكثر جفافاً ، قام اثنان من المهندسين المراهقين بالتحقيق في كيفية مساعدة المزارعين على الحفاظ على محاصيلهم من العطش بشكل خطير. من خلال العمل على طرفي نقيض من الولايات المتحدة ، استخدم المراهقون أساليب مختلفة للقتال للحفاظ على النباتات الخضراء. حصلت كل اختراعاتهم على جائزة كبرى في معرض Regeneron الدولي للعلوم والهندسة هذا العام.
حدد جون بنديكت استرادا ، 16 عامًا ، طريقة يستخدمها ذراع آلي لقياس عطش النبات. عن عمله ، فاز جون بجائزة Gordon E. Moore التي تبلغ قيمتها 50000 دولار أمريكي للنتائج الإيجابية للأجيال القادمة.
قامت آريا تشاند ، 17 عامًا ، بتركيب نظام أبسط إلى حد ما للكشف عن عطش النبات على طائرة بدون طيار. تُظهر اختبارات إثبات المبدأ التي أجراها أن أجهزة الاستشعار الطائرة يمكنها بعد ذلك أن تخبر أنظمة الري الأرضية أي النباتات تحتاج إلى الماء - وكم. حصلت آريا على جائزة Craig R. Barrett للابتكار من ISEF التي تبلغ قيمتها 10000 دولار أمريكي.
عرض كلا المراهقين بحثهما للجمهور في 18 مايو كجزء من مسابقة ISEF. تم إنشاء المعرض بواسطة مجتمع العلوم ، وتم نقله عبر الإنترنت هذا العام بسبب جائحة COVID-19. (تنشر جمعية العلوم أيضًا أخبارًا علمية للطلاب .) هذا العام ، عرض ما يقرب من 2000 من طلاب المدارس الثانوية من 64 دولة ومنطقة وإقليم مشاريعهم عبر الإنترنت. من خلال الملصقات ومقاطع الفيديو والصور لتقديم أعمالهم ، تنافس المراهقون على جوائز بقيمة 5 ملايين دولار.
تحديد عطش النبات
يمكن أن تؤدي نوبات الجفاف إلى إعاقة المحاصيل أو حتى قتلها. يعيش جون في الوادي الأوسط بكاليفورنيا ، وقد شهد الكثير من حالات الجفاف هذه. طالب في السنة الثانية في مدرسة كلوفيس الشمالية الثانوية في فريسنو ، وأراد مساعدة المزارعين على إنقاذ نباتاتهم من التعرض للعطش بشكل خطير.
يعتمد النموذج الرئيسي الذي يستخدمه العلماء للإجهاد الناتج عن الجفاف في المحاصيل على قياس أشياء مثل مدى جفاف الهواء فوق الحقول الزراعية ومدى سخونة النبات. (استخدمت أخت جون الصغيرة ، بولين إسترادا ، هذا النموذج من إجهاد الجفاف عندما قامت ببناء عربة جوالة لاستشعار النباتات. وبناءً على هذا المشروع ، كانت متأهلة للنهائيات في الخريف الماضي في مسابقة Broadcom MASTERS. وهي مخصصة لباحثي المدارس المتوسطة.)
أراد جون معرفة ما إذا كان بإمكانه قياس إجهاد الجفاف في النبات بشكل مباشر. لذلك بنى ذراعًا آليًا صغيرًا واستخدمها لقياس الضوء المنعكس عن الفلفل الحلو. عندما تجف النباتات ، تتغير الطريقة التي تعكس الضوء الأزرق والأخضر والأحمر بشكل طفيف للغاية. إنه ليس شيئًا يمكن أن تراه أعيننا. لكنه شيء يمكن أن يكتشفه الروبوت. في الوقت نفسه ، قام الروبوت الخاص به بقياس رطوبة التربة ودرجة الحرارة.
بهذه البيانات ، بنى نموذجًا للكمبيوتر. يقول جون إنه يتنبأ بالنباتات التي ستعاني من العطش أسرع من الطرق الأخرى. يقول إن تحديد النباتات المعرضة للخطر يمكن أن يوجه المزارعين في وقت أقرب إلى المكان الذي يجب أن يبدؤوا فيه في الري - قبل أن تعاني نباتاتهم حقًا. يقول جون:"في العام المقبل ، أخطط لإجراء تجربة ميدانية". حتى أنه قد يستعير عربة أخته الجوالة "لجمع البيانات الميدانية وتكييف نموذجي مع الظروف الميدانية الفعلية."
طائرات بدون طيار للجفاف
من المهم أيضًا التأكد من عدم إهدار مياه الري. لهذا السبب أطلق آريا تشاند ، 17 عامًا ، طائرته بدون طيار في السماء. يهدف هذا الطالبة في مدرسة High Technology High School في لينكروفت بولاية نيوجيرسي إلى مساعدة المزارعين الفقراء مثل أولئك الذين رآهم أثناء سفره في الهند.
الشرح:ما هو نموذج الكمبيوتر؟
يقول:"كنت أنظر في إنكار مطلق عبر حقول لا نهاية لها من المحاصيل الذابلة". علم أن المشكلة هي نقص المياه. لذلك شرعت آريا في إيجاد طرق للحد من إهدار المياه.
طائرة بدون طيار للمراهق تحلق فوق النباتات وتقيس لونها. باستخدام نموذج حاسوبي ، علمت آريا الطائرة بدون طيار أن تتنبأ بمدى عطش النبات بناءً على لون أوراقه. بناءً على هذا اللون ، ترسل الطائرة بدون طيار إشارة إلى نظام الري الموجود على الأرض ، والذي يعدل كمية المياه التي ترسلها إلى النباتات.
حاليًا ، يقوم العديد من المزارعين بالري باستخدام أنابيب بها ثقوب. يضيف نظام Arya صمامًا صغيرًا يضبط كمية الماء التي تدخل في الأنبوب. هذا يضمن حصول المحاصيل على القدر الذي تحتاجه ، ولكن ليس كثيرًا. في المناطق التي تعاني من الجفاف ، حيث لكل قطرة أهمية ، لا يستطيع المزارعون تحمل إهدار أي رطوبة.
تقول آريا:"لم يكن لدي حقل من المحاصيل لاختبار طائرتى بدون طيار ، لذلك استخدمت بعض النباتات التي أمتلكها في المنزل". مثل جون ، خطوته التالية هي توسيع نطاق مشروعه. في غضون ذلك ، تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع على نظامه.
يقول آريا:"أعلم أن إجراء حتى أصغر تحسين في مشروعي من شأنه أن يساعد بشكل كبير الأشخاص المتضررين من نقص المياه". أفضل شيء في علم مثل هذا هو أن كل قطرة صغيرة من أبحاث المياه تساعد.
