基于纸基微流控的AgroPad实现土壤和水的实时分析

农业领域所消耗的世界每年用水量超过70%。其中，小型农场为发展中国家生产了将近80%的食物，因此，确保供水的质量和安全至关重要。对农业的环境分析通常依赖于离农场较远，昂贵且费时的实验室测试。因此，这种化学分析很快会被淘汰，仅限于样本数有限的测试。

据麦姆斯咨询报道，IBM的研究人员找到一种办法，能简化测试过程并使其价格合理化，帮助小型农场主监测土壤和水的健康状况。借助人工智能（AI）技术，一款被称为AgroPad的原型产品，能够实现对土壤和水的实时、现场化学分析。

那么，它是如何工作的呢？

AgroPad是一款大小与名片差不多的纸质卡片装置，将一滴水或土壤样品放在AgroPad上，卡片内的微流控芯片便会对样品进行现场化学分析，并在10秒内给出分析结果。

卡片背面的圆圈提供了比色测试结果，每个圆圈内的颜色代表样品中特定化学品的含量。利用智能手机，农民凭借专门的手机应用APP拍摄AgroPad的单个快照，就能立即接收到化学测试结果。

AgroPad：“边缘人工智能”

这种“边缘人工智能”计算方法使用机器学习和机器视觉算法，将被测量的颜色组成和强度转化为样品中的化学物质浓度，其结果比基于人类视觉的测试更可靠。测试数据可以同时传输到云计算平台上，并用数字标签进行标记，该数字标签可以唯一地标识化学分析的时间、地点和结果。云平台允许在不同的时间和地点管理并集成数百万个在不同的时间和地点进行的单个测试。这是农业监测所需要的一大重要特性，例如，能够监测全年特定区域肥料浓度的变化。

目前，研究人员设计出一款用于土壤和水检测的5参数原型解决方案，包括pH值、二氧化氮、铝、镁和氯。研究人员也在持续扩展可供应用的化学指标库。每个AgroPad都可以根据用户的各自需求进行定制。

基于纸基微流控的装置可以由非专家进行操作，因此化学传感中的即时数字化公共数据收集得以成为可能。伴随纸质检测装置的低成本、大批量生产，以及移动和云技术的大规模部署，探索版原型有望彻底改变数字农业和环境测试。