SoilNutri：一种基于无源超表面的低成本土壤水分和氮含量监测系统

智能农业需要高效且可扩展的关键土壤参数传感。尽管近期无线传感系统提供了低成本的替代方案，主动设计依赖于有电源的地下组件，可能存在不稳定性和污染风险，而无源无电池的方法则存在准确度限制且通常仅限于水分检测。本研究提出了SoilNutri，一种完全无源且无电池的超表面胶囊，实现了土壤水分和氮浓度的同步高精度监测。该系统采用集成于夹层结构胶囊内的互补分裂环（CSR）超表面，提供电磁隔离并与周围土壤稳定耦合。轻量化的两阶段土壤-元变分自编码器（soil-meta-VAE）框架重建了土壤干扰的反射光谱，并从共享潜变量表示联合预测水分和氮含量。大量实验室和田间试验展示了在不同土壤类型、深度及季节条件下，土壤水分估计达0.64%平均绝对误差（MAE），氮含量实现5.14 ppm MAE的ppm级预测精度。SoilNutri成本低于1美元，且胶囊设计可重复使用，提供了一种可扩展、可持续且物理可解释的多养分原位土壤监测解决方案，适用于下一代智能农业。