В настоящее время аквакультура поставляет более половины мировой рыбодобычи, а за последние 10 лет прибыль от мирового рыбоводства увеличилась в четыре раза и составила более $230 млрд в год. Тем не менее, загрязнение в результате промышленной деятельности проникает в коммерческие пруды и уничтожает рыбу на миллионы долларов. Например, сельскохозяйственные удобрения увеличивают количество питательных веществ в воде, что приводит к цветению водорослей. Когда водоросли разлагаются, они расходуют кислород, в результате чего рыба задыхается.
Следя за качеством воды, рыбоводы могут действовать при обнаружении вредных уровней загрязнения. Однако большинство коммерческих датчиков одновременно отслеживают только одну вещь — уровень кислотности или кислорода, и каждый показатель на отдельных устройствах, которые фермер должен проверять вручную. Многофункциональные альтернативы громоздки, дороги и требуют опытного оператора.
Создание электронных устройств, которые выполняют несколько задач одновременно, является сложной задачей, и часто существует компромисс между качеством и количеством функций. Инженер-электрик Мухаммед Хуссейн и его команда создали небольшой датчик с автономным питанием, который контролирует множество характеристик качества воды и передает данные через Bluetooth.
Исследователи построили эту мультисенсорную систему, используя многомерную интегральную схему (MD-IC). Куб предназначен для плавания с датчиками уровня pH, температуры, солености и аммиака на обращенной вниз стороне. Оболочка взвешена, чтобы обеспечить ее сохранность даже при воздействии рыбы. Другие внешние поверхности включают датчики, которые контролируют загрязнение воздуха, солнечные элементы для зарядки аккумулятора, герметично закрытого в кубе, и антенну для передачи данных через Bluetooth на мобильный телефон.
Интеграция различных функций на одном компьютерном чипе является сложной и дорогой. Но мы объединили несколько фишек в куб, чтобы каждое лицо служило разным целям. Подключенные микросхемы затем действуют как одно устройство. Мы хотели создать что-то маленькое и легкое. Фермер может просто бросить устройство в воду, и оно вращается в правильном положении. Концепция MD-IC уникальна, поскольку она открывает возможности для отдельных устройств с приложениями интернета вещей. А вода — всегда интригующая среда для электроники
Назек Эль-Атаб, один из авторов устройства.
Предотвращение ненужной гибели рыб является важным шагом на пути к продовольственной безопасности. Саудовская Аравия инвестирует $3,5 млрд в аквакультуру, чтобы к 2030 году она могла производить 600 000 тонн морепродуктов в год. Команда надеется, что их датчики поддержат эту цель, но также верит, что маленькие кубики могут иметь большое будущее за пределами рыбного хозяйства. Например, их можно отправить по нефтепроводам для сбора данных о качестве нефти. Исследователи работают над улучшением технологии самоохлаждения устройства, чтобы предотвратить его перегрев, и следующим шагом будет его тестирование в полевых условиях.