Araştırma Programı 4

Proje 4.1 Sürdürülebilir Tarıma Yönelik Hiperspektral İzleme ve Karar Destek Sistemlerinin Geliştirilmesi

Yürütücü Kuruluş: Nanosolar Plazmonik Ltd.(NSP)

Proje 4.1 Özeti :

Tarım ürünlerinin arazideki su ihtiyaçları, stres durumları, gübre ihtiyaçları spektral tanılama yöntemleri ile belirlenebilmektedir. Hiperspektral kameralar, bu tanılama yöntemlerinin daha hızlı ve geniş alanda uygulanabilirliğini arttırma potansiyeline sahiptir. Hiperspektral görüntüleme ile; gübre, pestisit, herbisit ve su gibi ihtiyaçların arazinin hangi bölgelerinde karşılandığı, hangi bölgelerinde karşılanmadığı haritalanabilir ve sürekli bir şekilde izlenebilir. Bu gibi akıllı tarım uygulamaları hem su ve enerji kaynaklarının verimli yönetiminde, hem de ürün kalitesinin ve miktarının iyileştirilmesinde önem arz etmektedir. Ayrıca bitki ıslahı ve bitkisel ürün iyileştirme çalışmalarında yüksek verimli bitki fenotiplemesine dayalı çalışmalar gittikçe önem kazanan bir yaklaşım olarak karşımıza çıkmaktadır. Bunlar arasında önde gelen görüntü tabanlı fenotipleme, büyük ölçekli tarama denemelerinde yer alan maliyeti, zamanı ve emeği önemli ölçüde azaltabilen bitkiye zarar vermeyen analitik analizlere imkan vermekte olan bir yöntemdir. Birden fazla sensörden bilgi toplamak, birçok bitki özelliğinin ölçümü için neredeyse eş zamanlı veri toplamaya olanak tanımaktadır. Bu tür yöntemler bitkiye zarar vermediğinden, bir bitkinin yaşam döngüsü boyunca tekrarlanabilirler ve böylece geleneksel tahribatlı analizlerle belirlenemeyecek olan değişikliklerin zaman içinde tespit edilmesine olanak tanır.

Önerilen projede, tarım uygulamalarında ihtiyaç duyulan spektral aralıklarda (350-1050 ve 400-1700 nm) yüksek spektral çözünürlüğe sahip (0.6-9 nm), dron ve otomasyon sistemlerine uyumlu taşınabilir hiperspektral kamera sistemlerinin geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Geliştirilen hiperspektral optik sistem; tarım arazisi, sera alanları ve tekil tarım ürünlerinin izlenmesi uygulamalarında kullanım potansiyeli sağlayacaktır. Hiperspektral görüntüleme sisteminin yanı sıra tarımsal üretimde yukarıda belirtilen bitki stres ve besin gereksinimlerinde karar desteği sağlayabilecek yapay zeka geliştirilmesi hedeflenmektedir.

Proje 4.2 Pestisit Takibine Yönelik Taşınabilir Raman Spektroskopisi Prototipi Geliştirilmesi

Proje Yürütücü Kuruluş: Sabancı Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi- SUNUM

Proje 4.2 Özeti :

Projede, pestisit takibinde saha kullanımına uygun, taşınabilir, yüksek hassasiyette (ppb) sinyal üretebilen plazmonik nanoyapı ile güçlendirilmiş bir Raman spektroskopi (RS) prototipi geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda, temiz oda koşullarında nano fabrikasyon yöntemleri kullanılarak Raman spektroskopisi prototipinde kullanılmak üzere yüksek verimli kırınım ızgaraları üretilecek ve sinyallerin arttırılmasını sağlayacak (yüzeyde zenginleştirilmiş Raman spektroskopisi (SERS) özgün plazmonik nano yüzeyler geliştirilecektir. Yüksek verimli kırınım ızgaraları diğer optik ve okuyucu sistemlerle entegre edilerek prototip oluşturulacak ve belirlenen pestisit gruplarının Raman moleküler parmak izleri veri tabanı projede geliştirilecek plazmonik nano yüzeyler kullanılarak elde edilecektir. Her bir referans pestisitten veya pestisitli diğer örneklerden, farklı koşullarda elde edilen spektrum bilgileri yapay zeka ve derin öğrenme teknolojileri kullanılarak işlenecek ve farklı pestisitleri birbirinden ayırt eden spektral pikler üzerinden bir algoritma oluşturulacaktır. Geliştirilecek algoritma, bir ara yüzle bilgisayar ortamında Raman prototiple buluşturularak, örneklerde hangi tip pestisit olduğunu ve hangi miktar aralığında bulunduğunu tayin etmemizi sağlayacaktır. Aynı örnekler standart pestisit ölçüm yöntemleri ile kıyaslanarak prototipin performans analizi geçekleştirilecektir. Önerilen prototip ile seçilen en az 10 farklı pestisitin spektral olarak ayrıştırılması ve kantitatif analizinin sağlanması hedeflenmiştir. RS prototip performans verilerinin standart metot verileriyle en az %85 örtüşme sağlaması ön görülmüştür. Projede çalışılacak pestisitler için Türkiye’nin en çok ihraç ettiği yaş sebze ve meyve grubu verileri dikkate alınmış ve üretimde sıklıkla kullanılan veya tespit edilen pesitisitler değerlendirilmiştir. Yine yasaklı (ruhsatsız) pestisitler listesinde olmalarına rağmen hala kullanımda olan diğer bazı pestisitler de göz önünde bulundurulmuştur. İhracat potansiyeli de dikkate alınarak pestisit tayin limitleri için Avrupa maksimum kalıntı limitleri (MKL) hedef alınmıştır.