Max Home IndustryГруппа ученых во главе с Технологическим университетом Наньян в Сингапуре (NTU Singapore) разработала устройство, которое может передавать электрические сигналы на растения и от них, открывая двери для новых технологий, использующих растения.
Команда NTU разработала свое заводское «коммуникационное» устройство, прикрепив соответствующий электрод (кусок проводящего материала) к поверхности растения-ловушки Венеры с помощью мягкого и липкого клея, известного как гидрогель. С помощью электрода, прикрепленного к поверхности мухоловки, исследователи могут достичь двух целей: улавливать электрические сигналы, чтобы отслеживать, как растение реагирует на окружающую среду, и передавать электрические сигналы на растение, чтобы оно закрыло свои листья.
Ученые десятилетиями знали, что растения излучают электрические сигналы, чтобы ощущать окружающую среду и реагировать на нее. Исследовательская группа NTU считает, что развитие способности измерять электрические сигналы растений может создать возможности для целого ряда полезных приложений, таких как роботы на основе растений, которые могут помочь собирать хрупкие предметы или способствовать повышению продовольственной безопасности путем обнаружения болезней. в раннем посеве.
Однако электрические сигналы растений очень слабые и могут быть обнаружены только при хорошем контакте электрода с поверхностью растений. Волосатая, восковая и неровная поверхность растений затрудняет установку любого тонкопленочного электронного устройства и обеспечивает надежную передачу сигнала.
Чтобы решить эту проблему, команда NTU черпала вдохновение в электрокардиограмме (ЭКГ), которая используется для обнаружения сердечных аномалий путем измерения электрической активности, генерируемой органом.
Передача электрических сигналов для создания промышленного робота по запросу
В качестве доказательства концепции ученые взяли свое «коммуникационное» устройство и прикрепили его к поверхности венерианской мухоловки — плотоядного растения с волосатыми лепестками, которые закрываются над насекомыми при срабатывании триггера.
Устройство имеет диаметр 3 мм и безвредно для растений. Это не влияет на способность растения к фотосинтезу при успешном обнаружении электрических сигналов от растения. Используя смартфон для передачи на устройство электрических импульсов с определенной частотой, команда заставила мухоловку Венеры закрывать свои листья по требованию за 1,3 секунды.
Исследователи также прикрепили мухоловку Венеры к роботизированной руке и с помощью смартфона и устройства «коммуникации» стимулировали ее лист, чтобы он закрылся и взял кусок проволоки диаметром полмиллиметра.
Их выводы, опубликованные в научном журнале Nature Electronics в январе, демонстрируют перспективы будущего проектирования технологических систем на базе растений, говорят исследователи. Их подход может привести к созданию более чувствительных роботов-захватов для захвата хрупких предметов, которым могут повредить существующие жесткие.
Сбор электрических сигналов для мониторинга состояния урожая
Исследовательская группа предвидит будущее, в котором фермеры смогут принимать превентивные меры для защиты своих культур, используя разработанное ими устройство «коммуникации».
Ведущий автор исследования Чен Сяодун, президент кафедры материаловедения и инженерии NTU Singapore, сказал: «Изменение климата угрожает продовольственной безопасности во всем мире. Отслеживая электрические сигналы растений, мы можем обнаружить возможные сигналы бедствия и отклонения от нормы. При использовании в сельскохозяйственных целях фермеры могут узнать, когда болезнь прогрессирует, даже до того, как на посевах проявятся полномасштабные симптомы, такие как пожелтевшие листья. Это может дать нам возможность действовать быстро, чтобы получить максимальную отдачу. урожайность для населения ».
Профессор Чен, который также является директором Инновационного центра гибких устройств (iFLEX) в NTU, добавил, что разработка «коммуникационного» устройства для мониторинга растений является примером видения NTU Smart Campus, направленного на разработку технологически передовых решений для устойчивое будущее.
Улучшение следующего поколения: жидкий клей с более высокой адгезией
Стремясь улучшить производительность своего производственного устройства связи, ученые NTU также сотрудничали с исследователями из Института исследования материалов и инженерии (IMRE), подразделения Сингапурского агентства по науке, технологиям и исследованиям (A * STAR).
Результаты этого отдельного исследования, опубликованного в научном журнале Advanced Materials в марте, показали, что при использовании типа гидрогеля, называемого термогелем, который постепенно превращается из жидкости в эластичный гель при комнатной температуре — можно прикрепить свое устройство «коммуникации» к большему количеству растений (с различной текстурой поверхности) и добиться более качественного обнаружения сигнала, несмотря на то, что растения движутся и растут в ответ на окружающую среду.
Разрабатывая это исследование, один из ведущих авторов профессор Чэнь Сяодун сказал: «Материал на основе термогеля в жидком состоянии ведет себя как вода, а это означает, что адгезивный слой может соответствовать форме растения, прежде чем он превратится в гель. . При испытании, например, на опушенных стеблях подсолнечника, эта улучшенная версия устройства «коммуникации» с растениями в четыре-пять раз превышала силу сцепления обычного гидрогеля и регистрировала значительно более сильные сигналы и меньший фоновый шум».
Со-ведущий автор исследования Advanced Materials и исполнительный директор IMRE, профессор Ло Сянь Цзюнь, сказал: «Теперь устройство может прикрепляться к большему количеству типов поверхностей растений, причем более надежно, знаменует собой важный шаг вперед в области электрофизиологии растений. Он открывает новые возможности для технологий на основе растений».
Двигаясь вперед, команда NTU планирует разработать другие приложения, использующие улучшенную версию своего производственного «коммуникационного» устройства.