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Decoding and Engineering the Phytobiome Communication for Smart Agriculture

Created by
  • Haebom

저자

Fatih Gulec, Hamdan Awan, Nigel Wallbridge, Andrew W. Eckford

개요

본 논문은 사물 인터넷(IoT)과 머신러닝/인공지능(ML/AI)을 농업에 통합하는 스마트 농업 애플리케이션이 식량 수요 증가, 환경 오염, 물 부족과 같은 현대적 과제를 해결할 수 있는 가능성을 제시합니다. 식물, 환경, 관련 유기체를 포함하는 영역을 정의하는 식물 생물권(phytobiome) 개념과 최근 등장한 분자 통신(MC)과 함께, 통신 이론을 사용하여 농업 과학 및 실무를 발전시킬 중요한 기회가 존재합니다. 본 논문에서는 식물 생물권 통신에 대한 전체적인 이해를 개발하기 위해 통신 공학적 관점을 활용하고 식물 생물권 통신과 스마트 농업 간의 격차를 해소하고자 합니다. 분자 및 전기생리학적 신호를 통한 식물 생물권 통신에 대한 개요를 제시하고, 식물 생물권을 통신 네트워크로 모델링하는 다중 규모 프레임워크를 개념화합니다. 식물 실험을 통해 이 프레임워크가 전기생리학적 신호를 모델링하는 방법을 보여줍니다. 또한, 식물 생물권 통신을 공학적으로 설계하여 스마트 관개 및 농약의 표적 전달과 같은 스마트 농업 애플리케이션을 제안합니다. 이러한 애플리케이션은 ML/AI 방법을 MC를 통해 가능해진 생물-나노 사물 인터넷(Internet of Bio-Nano-Things)과 결합하여 더 효율적이고 지속 가능하며 친환경적인 농업 생산을 위한 길을 열어줍니다. 마지막으로, 구현 과제, 미해결 연구 과제 및 이러한 애플리케이션의 산업 전망에 대해 논의합니다.

시사점, 한계점

시사점:
식물 생물권 통신에 대한 통신 공학적 관점의 적용을 통해 스마트 농업의 새로운 가능성을 제시.
다중 규모 프레임워크를 통한 식물 생물권 모델링으로 정밀 농업 실현에 기여.
스마트 관개 및 표적 농약 전달 등 효율적이고 지속 가능한 농업 실현 가능성 제시.
분자 통신(MC)과 생물-나노 사물 인터넷(Internet of Bio-Nano-Things) 기반의 스마트 농업 기술 개발 방향 제시.
한계점:
제시된 다중 규모 프레임워크의 실제 구현 및 검증에 대한 추가적인 연구 필요.
식물 생물권 통신의 복잡성과 다양성을 완전히 포괄하는 모델 개발의 어려움.
제안된 스마트 농업 애플리케이션의 경제적 타당성 및 실용성에 대한 추가적인 분석 필요.
다양한 환경 조건과 작물 종에 대한 일반화 가능성에 대한 추가적인 연구 필요.
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