SoilNutri: Um Sistema de Baixo Custo Baseado em Metassuperfície Passiva para Monitoramento de Umidade e Nitrogênio no Solo

A agricultura inteligente requer a medição eficiente e escalável dos principais parâmetros do solo. Embora sistemas recentes de sensoriamento sem fio ofereçam alternativas de baixo custo, os designs ativos dependem de componentes subterrâneos energizados, com potenciais riscos de instabilidade e contaminação, enquanto abordagens passivas e sem bateria sofrem de precisão limitada e geralmente restringem-se à detecção de umidade. Este trabalho apresenta o SoilNutri, uma cápsula totalmente passiva e sem bateria, baseada em metassuperfície, que permite o monitoramento simultâneo e de alta precisão da umidade e da concentração de nitrogênio no solo. O sistema utiliza uma metassuperfície de anel dividido complementar (CSR) integrada em uma cápsula com estrutura em sanduíche, que fornece isolamento eletromagnético e acoplamento estável com o solo circundante. Uma estrutura leve em duas etapas de soil-meta-VAE reconstrói os espectros de reflexão distorcidos pelo solo e prevê conjuntamente a umidade e o nitrogênio a partir de uma representação latente compartilhada. Extensos experimentos em laboratório e em campo demonstram estimativa de umidade com alta precisão, apresentando erro absoluto médio (MAE) de 0,64%, e previsão de nitrogênio em nível de ppm com MAE de 5,14 ppm, abrangendo diversos tipos de solo, profundidades e condições sazonais. Com custo unitário abaixo de 1 e design encapsulado reutilizável, o SoilNutri oferece uma solução escalável, sustentável e fisicamente interpretável para monitoramento multinutriente in situ do solo para a próxima geração da agricultura inteligente.