Resumo: Com o aumento da população mundial, há um crescimento da demanda por produção de alimento sem expandir as áreas cultiváveis. Nesse sentido, o uso de sensores na agricultura de precisão ajuda a otimizar a produção e o uso de insumos monitorando localmente os nutrientes das plantações dentro dos campos agrícolas. Neste trabalho, usamos uma língua eletrônica (e-tongue, do inglês electronic tongue) baseada em espectroscopia de impedância para reconhecer amostras de solo (arenoso e argiloso) distintas, enriquecidas com macronutrientes. O dispositivo consiste em um conjunto de quatro unidades sensoriais formadas por filmes fabricados por adsorção física (LbL, do inglês Layer-by-Layer) depositados sobre eletrodos interdigitados (IDEs, do inglês, Interdigitated Electrodes) fabricados via impressão 3D com um filamento comercial a base de grafeno. Os IDEs foram fabricados em 20 minutos usando o processo de modelagem por deposição fundida (FDM, do inglês Fused Deposition Modeling) e filamentos comerciais de ácido polilático (PLA, do inglês Polylactic Acid) à base de grafeno. A língua eletrônica é formada por um IDE sem filme e três IDEs recobertos com filmes LbL de poli(cloreto de dialildimetilamônio)/ftalocianina tetrassulfonada de cobre (PDDA/CuTsPc), PDDA/argila montmorilonita de potássio (MMt-K), e PDDA/poli(3,4-etilenodioxitiofeno)-poli(sulfonato de estireno) (PEDOT:PSS). Amostras controle de solos arenosos e argilosos foram enriquecidas com diferentes concentrações dos macronutrientes nitrogênio (N), fósforo (P), e potássio (K). As 16 amostras de solo foram simplesmente dispersas em água na concentração de 1 mg/mL e medidas utilizando espectroscopia de impedância elétrica com 25 mV de amplitude na faixa de frequências de 1 - 106 Hz, cujos dados foram analisados por Análise de Agrupamento Hierárquico (HCA, do inglês Hierarchical Cluster Analysis) e Análise de Componentes Principais (PCA, do inglês Principal Component Analysis), com as unidades sensoriais posteriormente analisadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de raios-X por dispersão em energia e por perfilometria. Todas as amostras foram facilmente distinguidas sem qualquer tipo de pré-tratamento, incluindo medidas realizadas em testes cegos, indicando a viabilidade de eletrodos impressos nas análises de língua eletrônica para diferenciar a fertilidade química de amostras de solo. Nossos resultados encorajam futuras investigações para o desenvolvimento de novas ferramentas para auxiliar a agricultura de precisão Ver menos

Abstract: The increasing world population leads to a massive demand for food production without expanding cultivable areas. In this sense, the use of sensors in precision agriculture aids to optimize the crop production and use of supplies by locally monitor soil nutrients in agricultural fields. In this work, we use an electronic tongue (e-tongue) based on impedance spectroscopy to distinct soil samples (sandy and clayey) enriched with macronutrients. The device consists of a set of four sensing units formed by films formed by physical adsorption (LbL, Layer-by-Layer) deposited on interdigitated electrodes (IDEs). The IDEs were 3D-printed using a graphene-based polylactic acid (PLA) commercial filament, being manufactured in 20 minutes through the Fused Deposition Modeling (FDM). The e-tongue device is formed by a bare IDE and three others covered with LbL films of poly(dialyldimethylammonium chloride)/phthalocyanine tetrasulfonated copper (PDDA/CuTsPc), PDDA/potassium montmorillonite clay (MMt-K), and PDDA/poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS). Control samples of sandy and clayey soils were enriched with different concentrations of nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K). Sixteen soil samples were simply dispersed in water at 1 mg/mL and measured using electrical impedance spectroscopy with 25 mV amplitude in the frequency range 1 - 106 Hz, whose data were analyzed by Hierarchical Cluster Analysis (HCA) and Principal Component Analysis (PCA), with the sensing units later analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy with X-ray spectroscopy by energy dispersion and perfilometry. All samples were easily distinguished without any kind of pre-treatment, including measurements performed in blind tests, indicating the viability of electrodes printed in e-tongue analysis to differentiate the chemical fertility of soils. Our results encourage further investigations into the development of new tools to support precision agriculture Ver menos