Elektrodenpaar
Zwei identische Elektroden, eine in der Xylemregion eines lebenden Baumes, eine im umgebenden Boden. Identische Materialien halten eine Reaktion unterschiedlicher Metalle aus der Messung heraus.
Technologie
Das elektrische Signal eines lebenden Baumes auslesen
Ein Baum hält gegenüber dem Boden, in dem er wächst, ein messbares elektrisches Potenzial aufrecht. Dieses Potenzial ist dokumentiert, sein Mechanismus veröffentlicht. VoltreeAI baut Sensoren, die es kontinuierlich im Feld unter dem Kronendach erfassen.
Waldboden, Elektrodenlage am Wurzelanlauf
Die physikalische Grundlage
Eine Konzentrationszelle, getrieben vom pH-Wert
2008 berichteten Forscher am MIT von dauerhaften Differenzen zwischen 50 und 200 Millivolt zwischen der Xylemregion eines intakten Baumes und seinem Boden. Sie verwendeten identische Platinelektroden, um eine einfache Reaktion unterschiedlicher Metalle auszuschließen.
Sie führten das Potenzial auf eine biologische Konzentrationszelle zurück, die durch die pH-Differenz zwischen Baum und Boden entsteht. Die Forschung wurde von den Gründern von Voltree finanziert.
Zwischen dem Xylem intakter Bäume und dem umgebenden Boden wurden dauerhafte Spannungsdifferenzen von 50 bis 200 mV aufgezeichnet, mit identischen Elektroden an beiden Polen.
PLoS ONE, 2008
Das Instrument
Was der Sensor leistet
Konnektivität
Batterie zuerst. Jeder Knoten speichert seine Messwerte und übergibt sie stromsparend an ein Gateway. Voltree hat 2009 eines der ersten Funknetze unter dem Kronendach gebaut und daraus gelernt: Geerntete Energie allein trägt kein zuverlässiges Funknetz im abgelegenen Wald. Die heutige Architektur setzt deshalb auf Batteriebetrieb, mit Energy Harvesting in Erprobung als Unterstützung und LoRaWAN- oder Mobilfunk-Backhaul im Test für große Flächen. Reichweite und Knotendichte: in Entwicklung.
Energy Harvesting und Backhaul: in Prüfung · Reichweite und Knotendichte: in Entwicklung
Datenpfad
Messwerte kommen mit Zeitstempel, Knotenkennung und lokalen Bedingungen an und werden über eine API mit einstellbaren Schwellenwertalarmen bereitgestellt.
API-Spezifikation in Entwicklung
Standortwahl
Unter dem Kronendach gegenüber offener Lichtung
| Wetterstation auf der Lichtung | VoltreeAI-Knoten | |
|---|---|---|
| Standort | Offenes Gelände, gewählt nach Exposition und Zugänglichkeit | Unter dem Kronendach, am Fuß eines lebenden Baumes |
| Messgröße | Lufttemperatur, Luftfeuchte, Wind, Niederschlag | Elektrisches Potenzial zwischen Xylem und Boden |
| Bezug zum Brennmaterial | Brennstofffeuchte wird aus einem Wettermodell geschätzt | Messung am Brennmaterial selbst |
| Taktung | Intervallmeldung, üblicherweise stündlich | Kontinuierliche Abtastung |
Vergleich
Im Vergleich der Methoden
| Methode | Was gemessen wird | Unter dem Kronendach? | Charakter |
|---|---|---|---|
| Wetterstationen | Lufttemperatur, Feuchte, Wind — auf offenen Lichtungen | Nein | Das Referenznetz, aus dem Brandgefahr modelliert wird |
| Manuelle Probennahme | Gravimetrische Brennstofffeuchte — der Referenzstandard | Ja | Punktmessungen, arbeitsintensiv, nicht kontinuierlich |
| Satelliten-Feuchteprodukte | Feuchteindex der Kronenoberfläche | Nein | Große Abdeckung, grobe Auflösung, mehrtägiger Takt |
| Sensornetze im Wald | Lufttemperatur, Feuchte, Rauch und Gase | Ja | Kontinuierlich auf Knotenebene |
| Voltree.ai | Baum-Boden-Potenzial plus Mikroklima am Knoten | Ja | Kontinuierlich am Baum; Bezug zur Brennstofffeuchte in Prüfung |
Wir sind nicht der einzige Sensor unter dem Kronendach. Wir prüfen, ob der Baum selbst das bessere Messinstrument ist als die Luft um ihn herum.
Kontinuierlicher Potenzialverlauf, ein Knoten, 24 Stunden
Offene Fragen
Woran wir arbeiten
Die Existenz des Potenzials ist geklärt. Sein Verhalten als betriebstaugliches Signal ist es nicht. Um diese Fragen ist unser Validierungsprogramm aufgebaut.
Quantitativ, über Arten und Jahreszeiten hinweg, ist das ungeklärt. Es ist der Hauptgegenstand unseres laufenden Validierungsprogramms, und wir stellen keinen Zusammenhang dar, den wir nicht gezeigt haben.
Elektrodendrift über lange Installationen ist ein bekanntes Fehlerbild jeder elektrochemischen Messung vor Ort. Wir charakterisieren die Drift und prüfen die Kompensation gegen parallele Referenzbeprobung.
Wir vergleichen gravimetrische Brennstofffeuchtebeprobung, Bodenwasserpotenzial und Stammwasserpotenzial, um zu bestimmen, welcher Referenz das Feldsignal am engsten folgt.
Krankheit, mechanische Schäden und Trockenstress verändern die Physiologie hinter der Messung. Ein Messwert lässt sich nur deuten, wenn der Zustand des Baumes bekannt ist, aus dem er stammt. Diesen erfassen wir mit.
Wir veröffentlichen, was wir finden, auch Ergebnisse, die die Hypothese nicht stützen.