2024年的一次家庭旅行，让美国高中生阿克什·帕雷克和尼夫·坦博利深受触动。在纳帕谷，他们目睹了被“干黄荒山和如岩石般坚硬的沙土”覆盖的景观。一位当地农民向他们诉苦：由于荒漠化导致作物产量逐年下降，他不得不靠出租干旱农田来维持生计。荒漠化是指因侵蚀或关键微生物死亡导致富含营养的表层土壤流失，进而形成植被难以生存的干燥地貌。
深受触动后，两位学生联系了弗里蒙特市环境服务部的伊丽莎白·赫夫马斯特以及当地城市花园组织Local Ecology Agriculture Fremont的总裁伊莱恩·奥扬，共同研发名为HydroROOT的土壤修置。该装置由塑料水果容器、微纤维、覆盖物、聚乳酸（3D打印耗材）、水凝胶、导线和传感器组成。其核心原理是利用深层土壤养分更丰富且受侵蚀较少的特点，通过海藻酸钠或水凝胶，利用渗透作用将水分和养分从深层向上输送。
HydroROOT由两个埋入土壤的胶囊组成。一个胶囊负责收集土壤数据，并利用人工智能计算出的投影向另一个胶囊发送指令，后者会调整水凝胶在土壤表面的放置深度及其分散形态（如面条状或团块状）。帕雷克和坦博利通过研究发现，土壤pH值、湿度、温度以及氮、磷、钾的含量变化是荒漠化的关键因素。机器学习算法会根据特定区域的健康土壤标准，动态调整这些变量的参数。
虽然HydroROOT的灵感源于与农民的对话，但两位学生的兴趣源于童年对电子游戏的热爱，这激发了他们对物理、工程和计算机科学的兴趣。帕雷克在2024年于一家半导体公司实习后，对人工智能产生了浓厚兴趣，他认为“结合物理原理的工程研究能激励他突破障碍”。坦博利则指出，计算机科学与工程具有普适性，能“创造实现其他目标的手段”。
在研发过程中，学生们面临诸多挑战。最初，他们尝试使用3D打印的聚乳酸制作支架，但材料过于脆弱，因此暂时改用塑料。为了降低成本，他们从最初每个装置50美元的高昂成本，通过批量生产至少15个装置、移除独立电路并开发集中供电系统，将成本大幅降至每个6美元。此外，他们还利用指数平滑数学模型进行天气预测，以辅助装置计算，尽管该模型基于历史数据，存在对未来预测的局限性。
尽管面临挑战，HydroROOT装置在2025年3月的阿拉米达县科学与工程博览会上荣获植物、环境及农业科学类一等奖，并在同年5月的俄亥俄州哥伦布市举行的Regeneron国际科学与工程博览会上获得环境工程类第四名。该国际赛事吸引了来自70多个国家的参赛者，竞争极为激烈。在弗里蒙特市的支持下，学生们已在超过80,000平方英尺的土地上应用该装置，部分区域的土壤湿度提升了5倍以上。
这两位高三学生计划将HydroROOT推广至更多地区，并希望通过自己的故事激励包括小学生在内的公众关注自然与环境问题。他们坚信“每个人都有责任”。对于中国而言，面对日益严峻的耕地保护与土壤退化挑战，这种将人工智能、物联网技术与农业生态修复深度融合的“轻资产、低成本”创新模式，或许能为中国基层农业技术升级提供新的思路，即利用智能化手段解决传统农业中难以量化的土壤微环境问题。
