　新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）は2023年4月17日、NEDOの「人工知能技術適用によるスマート社会の実現」事業の一環として、東京大学、ファームシップがフィルム状の有機半導体センサーを開発したと発表した。同センサーを用いて、水耕栽培の液肥を一定濃度に制御し、レタスの栽培実験に成功した。

　近年、生産が拡大している植物工場では、液肥成分の濃度を多地点で計測する機器が必要とされている。今回の研究では、東京大学が開発した有機半導体を用いたイオンセンサーを組み込み、液肥成分の検出装置を製作。液肥中にある有機半導体の電気伝導度は、隣接イオンとの電気的相互作用によって変化するため、この原理を利用するとイオン濃度の測定が可能となる。

　開発した有機半導体は、大気中で塗布できるため、安価で大面積な有機半導体単結晶薄膜が得られる。これをフィルム基板上に成形して、電気二重層トランジスタとして利用する。電気二重層トランジスタにイオン選択感応膜を搭載すると、水溶液中のイオン濃度を測定できる。

開発したデバイスの構造イメージ出所：新エネルギー・産業技術総合開発機構

　同技術を用いて、野菜成長成分として重要なカリウムを対象としたセンサーを開発。植物工場の水耕栽培では、長方形の液肥プール内に植物を入れ、中の液肥を浄化しながら循環させる方式が一般的だ。開発したセンサーを用いて液肥の主要成分であるカリウムイオンを検出し、液肥の一定濃度制御に成功した。

カリウムイオン濃度とセンサー検出電圧の関係出所：新エネルギー・産業技術総合開発機構

　また、同イオンセンサーを用いて、小型の水耕栽培液肥濃度安定化システムを構築。液肥を一定濃度に制御してレタスの栽培実験に成功した。

実験した植物工場栽培実験設備出所：新エネルギー・産業技術総合開発機構

計測濃度に基づく濃度調整結果出所：新エネルギー・産業技術総合開発機構

　今後はセンサーの精度や安定性を検証し、生産現場に適用できるシステムを開発する。温室内での養液栽培や、農業で広く使われるイオンセンサーへの検討、多種類の感応膜を一度に形成したマルチイオンセンサーへの適用も検討していく。

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