SoilNutri：土壌水分および窒素モニタリングのための受動型メタサーフェスベース低コストシステム

スマート農業には、主要な土壌パラメータの効率的かつ拡張可能なセンシングが必要です。近年のワイヤレスセンシングシステムは低コストの代替手段を提供しますが、アクティブ設計は電源を必要とする地下コンポーネントに依存し、不安定性や汚染リスクが伴います。一方、受動的でバッテリー不要のアプローチは精度が限定的であり、通常は水分検出に限定されています。本研究では、土壌の水分と窒素濃度を同時に高精度で監視可能な、完全受動型かつバッテリー不要のメタサーフェスカプセル「SoilNutri」を紹介します。本システムは、土壌との電磁的隔離および安定した結合を提供するサンドイッチ構造カプセル内に統合された相補的分割リング（CSR）メタサーフェスを採用しています。軽量な二段階土壌メタVAEフレームワークは、土壌による歪んだ反射スペクトルを再構成し、共有潜在表現から水分と窒素を共同予測します。豊富な実験室および現地試験により、多様な土壌タイプ、深度、季節条件に渡って0.64％のMAEを達成した高精度な水分推定および5.14 ppmのMAEでppmレベルの窒素予測を実証しました。単位あたりのコストが1ドル未満であり、再利用可能なカプセル化設計により、SoilNutriは次世代スマート農業のための多栄養素の現地土壌監視に適した拡張性、持続可能性、および物理的解釈性を備えたソリューションを提供します。