{"id":25920,"date":"2022-03-22T17:59:19","date_gmt":"2022-03-22T17:59:19","guid":{"rendered":"https:\/\/cnpem.br\/?p=25342"},"modified":"2026-03-12T11:44:33","modified_gmt":"2026-03-12T14:44:33","slug":"sensor-vestivel-aprofunda-condicoes-de-monitoramento-de-lavouras-de-soja-e-cana","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cnpem.br\/en\/sensor-vestivel-aprofunda-condicoes-de-monitoramento-de-lavouras-de-soja-e-cana\/","title":{"rendered":"Sensor vest\u00edvel aprofunda condi\u00e7\u00f5es de monitoramento de lavouras de soja e cana"},"content":{"rendered":"

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\n

Prot\u00f3tipo desenvolvido no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) usou recursos sofisticados para avaliar efici\u00eancia do dispositivo<\/p>\n<\/blockquote>\n

\"\"<\/p>\n

Os sensores vest\u00edveis (weareables) est\u00e3o cada dia mais presentes na vida de pessoas que usam dispositivos eletr\u00f4nicos para monitorar a frequ\u00eancia card\u00edaca <\/span>durante atividades f\u00edsicas, qualidade do sono, entre tantos outros padr\u00f5es sens\u00edveis para a sa\u00fade humana.\u00a0\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n

Dispositivos semelhantes est\u00e3o sendo projetados para usar conhecimento e tecnologia para aprofundar o monitoramento da sa\u00fade das plantas em busca de aplica\u00e7\u00f5es \u00fateis\u00a0 para a agricultura de precis\u00e3o.\u00a0<\/span><\/p>\n

Os sensores vest\u00edveis\u00a0 s\u00e3o uma estrat\u00e9gia promissora para determinar a perda de conte\u00fado de \u00e1gua (LWC) das folhas, pois podem fornecer quantifica\u00e7\u00e3o no local e n\u00e3o destrutiva da \u00e1gua presente no seu interior a partir de uma \u00fanica medi\u00e7\u00e3o. Como o teor de \u00e1gua \u00e9 um marcador importante da sa\u00fade das folhas, o monitoramento em tempo real pode fornecer informa\u00e7\u00f5es valiosas para orientar o manejo na agricultura de precis\u00e3o, bem como para estudos de toxicidade e desenvolvimento de novos insumos agr\u00edcolas.<\/span><\/p>\n

“Os sistemas convencionais t\u00eam limita\u00e7\u00f5es\u00a0 porque s\u00e3o baseados em sistemas por imagem, sat\u00e9lites e drones. Eles precisam que a planta atacada por uma doen\u00e7a, apresente sinais fenot\u00edpicos ou ind\u00edcios visuais para gerar alertas no monitoramento. Em culturas como a da soja, por exemplo, a altera\u00e7\u00e3o de colora\u00e7\u00e3o pode sinalizar um est\u00e1gio irrevers\u00edvel de doen\u00e7as como a ferrugem-asi\u00e1tica”, explica o pesquisador Renato Sousa Lima.<\/span><\/p>\n

Apesar dos avan\u00e7os tecnol\u00f3gicos nessa \u00e1rea, a fabrica\u00e7\u00e3o de eletrodos adequados para monitoramento de plantas carrega desafios.\u00a0 Os materiais\u00a0 precisam ser leves, flex\u00edveis e capazes de aderir \u00e0 superf\u00edcie das folhas, recobertas de tricomas, p\u00ealos que as protegem de insetos e contribuem para redu\u00e7\u00e3o da perda de \u00e1gua. Al\u00e9m disso, precisam ser biocompat\u00edveis, ou seja, n\u00e3o podem prejudicar os processos biol\u00f3gicos de desenvolvimento das plantas.<\/span><\/p>\n

A supera\u00e7\u00e3o de todos esses desafios a partir de um dispositivo foi descrita no artigo <\/span>Biocompatible Wearable Electrodes on Leaf Toward On-Site\u00a0 Monitoring of the Water Loss from Plants,<\/b> publicado recentemente no peri\u00f3dico\u00a0 ACS Applied Materials & Interfaces<\/span><\/a> e foi selecionado para integrar um volume especial da revista dedicado a jovens pesquisadores de todo o mundo (<\/span>Special Issue: Early Career Forum<\/span><\/i>).<\/span><\/p>\n

O estudo, que usou como amostras plantas de soja e cana-de-a\u00e7\u00facar, \u00e9 resultado de um projeto de pesquisa do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organiza\u00e7\u00e3o supervisionada pelo Minist\u00e9rio de Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00f5es (MCTI), que mobilizou uma equipe multidisciplinar que inclui pesquisadores da Unicamp e Harvard, especialistas e recursos do Laborat\u00f3rio <\/span>Nacional de Nanotecnologia (LNNano), do Laborat\u00f3rio Nacional de Biorrenov\u00e1veis (LNBR) e a esta\u00e7\u00e3o de pesquisa Carna\u00faba do Sirius, sob responsabilidade do Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncrotron (LNLS). Al\u00e9m do MCTI, financiaram a pesquisa, a FAPESP e o CNPq.<\/span><\/p>\n

O dispositivo<\/strong><\/h3>\n

O dispositivo desenvolvido no CNPEM usa um eletrodo obtido por <\/span>litografia. Uma pe\u00e7a \u00fanica recoberta por um filme fino de n\u00edquel fixado com ajuda de um adesivo do tipo micropore. <\/span>Por esse eletrodo \u00e9 aplicado um campo el\u00e9trico gerando um capacitor.\u00a0<\/span><\/p>\n

A polariza\u00e7\u00e3o dos \u00edons de nutrientes presentes na \u00e1gua revela com muita sensibilidade m\u00ednimas varia\u00e7\u00f5es de imped\u00e2ncia, ou resist\u00eancia el\u00e9trica, que t\u00eam rela\u00e7\u00e3o com os n\u00edveis de hidrata\u00e7\u00e3o da planta.\u00a0<\/span><\/p>\n

“Se tem mais \u00e1gua, tem mais \u00edons, voc\u00ea carrega mais o sistema, ent\u00e3o a imped\u00e2ncia diminui. Se tem menos \u00e1gua, menos \u00edons, voc\u00ea carrega menos o sistema e a imped\u00e2ncia aumenta”, exemplifica Lima.<\/span><\/p>\n

Ferramentas de Machine Learning ajudaram a selecionar, dentro de um amplo espectro de frequ\u00eancias, as mais adequadas para a cria\u00e7\u00e3o de uma equa\u00e7\u00e3o matem\u00e1tica simples. Essa equa\u00e7\u00e3o possibilitou o monitoramento da perda de \u00e1gua da soja em condi\u00e7\u00f5es de microclima,\u00a0 com temperaturas de 30 e 20 \u00b0C.\u00a0<\/span><\/p>\n

A aquisi\u00e7\u00e3o de dados coletados pelos dispositivos \u00e9 feita por bluetooth, com ajuda de um smartphone, o que permite automatiza\u00e7\u00e3o de leituras e monitoramento remoto, pela internet.\u00a0<\/span><\/p>\n

Inova\u00e7\u00e3o patenteada<\/strong><\/h3>\n

As principais vantagens do dispositivo desenvolvido no CNPEM\u00a0 s\u00e3o a portabilidade, a autonomia de bateria (10 dias), sensibilidade, biocompatibilidade e seguran\u00e7a na aquisi\u00e7\u00e3o de dados, que permitem automatiza\u00e7\u00f5es essenciais para o monitoramento remoto.\u00a0 Como n\u00e3o existem sensores similares no mercado, o dep\u00f3sito de patente j\u00e1 est\u00e1 em andamento.<\/span><\/p>\n

Os m\u00e9todos de fabrica\u00e7\u00e3o do dispositivo s\u00e3o bem conhecidos e j\u00e1 est\u00e3o dispon\u00edveis mesmo em ind\u00fastrias de pequeno porte, o que cria condi\u00e7\u00f5es de escalabilidade da produ\u00e7\u00e3o e potencial redu\u00e7\u00e3o do pre\u00e7o final caso alguma empresa se interesse pela tecnologia e decida transformar em produto.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>Esta\u00e7\u00e3o de pesquisa Carna\u00faba no Sirius – Foto: Divulga\u00e7\u00e3o\/CNPEM<\/span><\/i><\/p>\n

Sirius<\/strong><\/h3>\n

O estudo usou alguns dos mais sofisticados recursos, como t\u00e9cnicas de uso de luz s\u00edncrotron, para avaliar em profundidade as condi\u00e7\u00f5es de biocompatibilidade dos sensores nas folhas.\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n

Na esta\u00e7\u00e3o de pesquisa Carna\u00faba, do Sirius, acelerador de el\u00e9trons de \u00faltima gera\u00e7\u00e3o, projetado e operado por profissionais do CNPEM, medidas de espectrometria atestaram a n\u00e3o interfer\u00eancia do dispositivo no metabolismo das folhas de soja e cana-de-a\u00e7\u00facar.\u00a0<\/span><\/p>\n

T\u00e9cnicas convencionais n\u00e3o permitiriam medir as concentra\u00e7\u00f5es de nutrientes com a sensibilidade e precis\u00e3o necess\u00e1rias para garantir a biocompatibilidade.<\/span><\/p>\n

“Em folhas saud\u00e1veis os \u00edons de zinco, mangan\u00eas, c\u00e1lcio e ferro, que s\u00e3o nutrientes fundamentais tanto para a parte estrutural quanto para o transporte, obedecem a uma estrutura morfol\u00f3gica, semelhante \u00e0 dos capilares, xilemas e floemas. Quando a folha \u00e9 afetada, as c\u00e9lulas se rompem e n\u00e3o existe mais nenhum padr\u00e3o”, explica Lima.<\/span><\/p>\n

Pr\u00f3ximos passos<\/strong><\/h3>\n

No atual est\u00e1gio de desenvolvimento o dispositivo se mostra bastante eficiente para uso em ambientes controlados, mas tamb\u00e9m \u00e9 muito promissor para monitoramento em ambientes externos. Parcerias com a ind\u00fastria podem trazer diferentes demandas de aperfei\u00e7oamento.<\/span><\/p>\n

“O dispositivo demonstrou alta sensibilidade para o avalia\u00e7\u00e3o da efici\u00eancia do uso de algumas t\u00e9cnicas de manejo ou impacto do uso de insumos, bem como para potencialmente monitorar as condi\u00e7\u00f5es de produtividade das lavouras. Acreditamos que com pequenas adapta\u00e7\u00f5es poderia contribuir tamb\u00e9m como recurso adicional no monitoramento das condi\u00e7\u00f5es toxicol\u00f3gicas do campo “, avalia a pesquisadora Julia Adorno Barbosa.<\/p>\n

Sobre o CNPEM<\/strong><\/h3>\n

Ambiente sofisticado e efervescente de pesquisa e desenvolvimento, \u00fanico no Brasil e presente em poucos centros cient\u00edficos do mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) \u00e9 uma organiza\u00e7\u00e3o privada sem fins lucrativos, sob a supervis\u00e3o do Minist\u00e9rio da Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00f5es (MCTI). O Centro opera quatro Laborat\u00f3rios Nacionais e \u00e9 o ber\u00e7o do projeto mais complexo da ci\u00eancia brasileira \u2013 Sirius \u2013 uma das fontes de luz s\u00edncrotron mais avan\u00e7adas do mundo. O CNPEM re\u00fane equipes multitem\u00e1ticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais globalmente competitivas e abertas \u00e0 comunidade cient\u00edfica, linhas estrat\u00e9gicas de investiga\u00e7\u00e3o, projetos inovadores em parceria com o setor produtivo e forma\u00e7\u00e3o de investigadores e estudantes. O Centro \u00e9 um ambiente impulsionado pela pesquisa de solu\u00e7\u00f5es com impacto nas \u00e1reas de Agricultura, Sa\u00fade, Energia, Ambiente, Novos Materiais, entre outras. A partir de 2022, com o apoio do Minist\u00e9rio da Educa\u00e7\u00e3o (MEC), o CNPEM expandiu suas atividades com a abertura da Ilum Escola de Ci\u00eancia. O curso superior interdisciplinar em Ci\u00eancia, Tecnologia e Inova\u00e7\u00e3o adota propostas inovadoras com o objetivo de oferecer forma\u00e7\u00e3o de excel\u00eancia, gratuita, em per\u00edodo integral e com imers\u00e3o no ambiente de pesquisa do CNPEM.<\/span><\/p>\n

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