Als gevolg van de klimaatverandering komt een wereldwijd watertekort snel dichterbij. Dit heeft nu al desastreuze gevolgen voor de landbouw. Twee jonge Duitse wetenschappers hebben een antwoord op dit probleem. Zij ontwikkelden een technologie die het gebruik van irrigatiewater optimaliseert.
De techniek van de Duitse wetenschappers baseert zich op een satellietsysteem dat droogtestress bij planten meet. Max Gulde, een fysicus aan het Fraunhofer-instituut voor hogesnelheidsdynamica, het Ernst Mach-instituut, EMI, in Freiburg, Duitsland, en zijn collega bij EMI, Marius Bierdel, hebben een spin-off opgericht met de naam ConstellR.
Irrigatie optimaliseren
De technologie van ConstellR stelt de landbouw in staat de irrigatie van land- en tuinbouwgrond te optimaliseren en zo de opbrengst van gewassen te verhogen. Een systeem aan boord van een satelliet detecteert precies wanneer een plant water nodig heeft. Tot nu toe was het probleem dat het moeilijk is om de conditie van planten op akkers en velden te meten. Hoewel sinds de jaren zeventig satellietgegevens worden gebruikt om daarin inzicht te geven, zijn deze betrekkelijk onnauwkeurig. Tot dusver zijn de belangrijkste sensoren die worden gebruikt visuele en nabij-infraroodsensoren die het plantenpigment chlorofyl detecteren. Als planten te weinig water krijgen, breekt het chlorofyl af. “Maar dan is het al te laat”, zegt ConstellR medeoprichter Max Gulde. “Wat we nodig hebben is een technologie die ons binnen een paar uur vertelt of planten voldoende water krijgen.”
Temperatuur van de blaadjes
Dit is precies de technologie die Gulde en Bierdel aan het Fraunhofer-instituut hebben ontwikkeld. Het onderzoeksteam maakt gebruik van een geavanceerde warmtebeeldcamera in de satelliet. Speciale algoritmen evalueren de gegevens en gebruiken deze om de temperatuur op het bladoppervlak van de planten te bepalen. Hieruit kunnen dan weer conclusies worden getrokken over hun watervoorziening.
Wanneer er een tekort aan water is, wordt de verdamping van water door de bladeren verminderd. Hierdoor stijgt de temperatuur aan het bladoppervlak. “Binnen twee uur kan de temperatuur met twee tot drie graden Celsius veranderen”, zegt Gulde. “Onze methode meet tot op een tiende van een graad en lost de temperatuurverschillen heel fijn op.” Technisch gezien meet de sensor de hoeveelheid energie die door de planten wordt uitgezonden in de vorm van fotonen.
De huidige systemen maken elke 12 uur opnames in een vrij grove resolutie. De ConstellR-technologie is veel preciezer en levert een veel hogere resolutie op. De kosten van deze technologie bedragen ecslechts drie procent van de huidige, minder nauwkeurige oplossingen.
Hoe goed het systeem in de praktijk werkt, werd ontdekt door het Europees Ruimteagentschap (ESA). “We waren er gewoon lekker mee aan het werk, totdat ESA ons vertelde dat dit een echte doorbraak was. Niemand was vóór ons in staat geweest om het probleem van temperatuurmeting op zo’n manier op te lossen”, zegt Gulde.
De gegevens worden van de satellieten naar grondstations gestuurd, verwerkt in datacentra, klaargemaakt voor de gebruiker en ten slotte doorgestuurd naar de app van de landbouwgebruiker. De twee wetenschappers zijn sinds 2015 betrokken bij het onderzoekswerk aan de ERNST nanosatellietmissie. Deze maakt gebruik van een compacte warmtebeeldcamera. Ze broedden al in 2017 op het idee om hun eigen satellieten uit te rusten met warmtebeeldcamera’s met hoge ruimtelijke resolutie voor temperatuurmeting.
In het kader van de Europese ideeënwedstrijd Copernicus Masters werd jonge onderzoekers gevraagd om de “kleinste satelliet met het grootste maatschappelijke voordeel” te ontwerpen. Tegenwoordig zijn visuele en RADAR-beelden de dominante informatiebron bij aardobservatie. Deze technologieën hebben de afgelopen jaren een enorme groei doorgemaakt. Het is nu mogelijk om binnen 24 uur in beelden in hoge resolutie van onze hele planeet te krijgen. Verwacht wordt dat de nieuwe technologie al begin 2022 in de ruimte aan boord van het internationale ruimtestation in gebruik zal worden genomen.
Falling Walls
De door Gulde en Bierdel ontwikkelde technologie is geselecteerd voor de Falling Walls Science Summit. Deze maakt deel uit van de Berlijnse wetenschapsweek met meer dan 100 evenementen van 1 tot 10 november 2021. Onderzoekers en denkers komen samen op Falling Walls om doorbraken te bespreken met wereldleiders in wetenschap, politiek, bedrijfsleven en de media, om de kernvraag te beantwoorden: “Welke volgende muren gaan vallen in wetenschap en maatschappij?”
Ook interessant: Op satellietbeelden bosbranden detecteren met behulp van AI
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
