想象一下，您将摄像机安装在土壤中，观察氧气如何在土壤颗粒之间移动，或者雨水渗透导致pH值的变化。这一概念让人兴奋，奥尔胡斯大学的科学家们与德国同行合作，将其变为现实。
专家团队开发了一种名为MARTINIS的紧凑、自动化的迷你实验室，采用管状形式，能够在原位（即在自然环境下）测量土壤中特定的化学指标，最少地影响土壤中的微生物群落。
MARTINIS的3D模型可视化及实际系统图像，放置在透明塑料管的圆柱形外壳内，长度为70厘米。系统组件包括带有16毫米镜头的Raspberry Pi HQ摄像头、用于阻挡蓝光和紫外线的滤光片、风扇、温湿度传感器以及其他元件。
奥尔胡斯生物学副教授克劳斯·科伦解释说：“土壤是一个复杂的环境，我们每次挖掘干预时都会改变它。”“借助MARTINIS，我们可以高度详细地观察时间推移中发生的事情，同时不破坏样本的完整性。”
克劳斯·科伦是刊登在《传感器与致动器B：化学》杂志上的关于MARTINIS的论文的合著者。
MARTINIS工作原理（实时多分析系统）。
平面光学传感器位于埋在土壤中的透明管的外部。管内含有一个发出特定波长的光以检测感兴趣物质的LED灯，以及一个记录光线的摄像头。系统由树莓派计算机控制，该计算机自动拍照并控制运动—管子可以升降和旋转。
平面光学传感器的优势在于可以创建土壤化学特性的二维图像，而不仅仅是测量单个点。通过摄像头的移动和连续拍摄图像，可以创建土壤结构的“全景图”。
“整个过程是自动化的，设备成本只约为5-600欧元，而且所有组件和软件都采用开源代码”，拉斯穆森指出。
初始模型中，系统将图像保存在SD卡上，但计划将其与5G网络集成。将来还计划将MARTINIS的数据与从无人机和卫星获取的数据整合。
MARTINIS尚未成为商业产品。目前，研究人员正在寻求资金用于开发软件和创建更可靠的版本，以便在野外条件下使用。
该系统已经在实验室条件下用于幼苗培育，并在德国的田野条件下成功进行了几个月的测试，即使在雨雪天气下也能研究不同土壤层中氧气含量的动态变化。还在森林火灾后的岩石山中进行了土壤化学成分变化的跟踪测试。
随着时间和地区土壤pH值和氧气含量的监测，有助于分析土壤化学变化，特别是添加肥料或使用不同土壤处理方法后。例如，为了有效堆肥，需要确保有足够的氧气含量。
虽然该系统具有在农业中应用的潜力，但很少有农民会投资其中。奥尔胡斯大学可持续农业景观研究中心（Land-CRAFT）主任克劳斯·布特巴赫-巴尔认为如此。
“最有可能的是，顾问和工程师将使用该系统收集和分析数据，并基于这些数据向农民提供建议。而我们计划在Land-CRAFT中使用MARTINIS进行研究，以更好地理解土壤中的氧化还原过程、氧气水平和pH值的变化，”他补充道。
气候专家SEGES Innovation的弗朗西斯卡·佩特拉·埃勒提到了这一新发明的巨大潜力：“MARTINIS使我们能够获取关于素以不易接近的环境—土壤的信息。在原位使用平面光学传感器可以更真实地研究农田土壤中的化学过程。应用研究将受益于使用这种设备，特别是通过自动收集具有高时间分辨率的土壤化学数据。”
