Nanotechnologia

Czujniki umieszczane na roślinach ostrzegają przed suszą

Znów zapomniałeś podlać rośliny na swoim biurku? Wkrótce będą one mogły wysłać ci sygnał SOS! Czujniki umieszczane na roślinach ostrzegają przed suszą! Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) stworzyli czujnik umieszczany na liściach. Może on dać znać, kiedy roślinom zaczyna brakować wody. Według Michaela Strano, autora badań nad czujnikiem, tego rodzaju technologia może odpowiednio wcześnie poinformować rolników, że ich plony są w niebezpieczeństwie.

Układy elektryczne informują, kiedy roślinie zaczyna brakować wody.

„Czujnik ten może zostać wykorzystany w rolnictwie i w porównaniu z innymi urządzeniami pozwala na najszybsze zasygnalizowanie zbliżającej się suszy. Trudno uzyskać taką informację w jakikolwiek inny sposób. Można umieścić czujniki w glebie lub skorzystać z obrazów i map satelitarnych, ale wciąż nie wiadomo jaki jest potencjał wodny poszczególnych roślin” – mówi Strano.

Strano rozpoczął już współpracę z dużym producentem rolnym. Celem jest ulepszenie czujników, by mogły być stosowane na roślinach uprawnych. Strano wierzy, że technologia ta może okazać się przydatna również dla ogrodników i miejskich rolników. Może też pomóc naukowcom opracować nowe sposoby tworzenia odmian roślin odpornych na suszę.

Drukowane czujniki

Gdy gleba wysycha, tępo wzrostu roślin spada. Zmniejsza się ich aktywność fotosyntetyczna, a tkanki ulegają uszkodzeniu. Niektóre rośliny zaczynają więdnąć. U niektórych nie da się zauważyć żadnych zmian, zanim nie zostaną znacznie uszkodzone.

Nowy czujnik opracowany przez zespół z MIT opiera się na działaniu aparatów szparkowych roślin. Gdy woda paruje z liści, jej ciśnienie w roślinie spada, przez co możliwe jest pobieranie wody z gleby. Aparaty szparkowe otwierają się pod wpływem światła, a zamykają po zmierzchu. Dokładny mechanizm otwierania i zamykania aparatów nie został szczegółowo zbadany z powodu braku możliwości wykonania pomiarów w czasie rzeczywistym.

„Wiemy, że aparaty szparkowe reagują na światło i jego brak, na stężenie dwutlenku węgla oraz na niedobór wody, ale dopiero teraz jesteśmy w stanie stale monitorować ich działanie. Dotychczasowe metody nie pozwalały nam na uzyskanie tego rodzaju informacji” – mówi Koman

Do stworzenia czujnika zespół z MIT użył tuszu z nanorurek węglowych – mikroskopijnych pustych w środku tub z węgla, przewodzących prąd – rozpuszczonego w związku organicznym o nazwie laurylosiarczan sodu, który nie uszkadza aparatów szparkowych. Tusz może zostać nadrukowany na aparat szparkowy, tworząc układ elektryczny. Gdy aparat jest zamknięty, układ jest nienaruszony i można zmierzyć przepływ prądu podłączając go do tak zwanego multimetra. Gdy aparat się otwiera, układ zostaje przerwany, a prąd przestaje płynąć. Pozwala to naukowcom bardzo dokładnie określić, czy pojedynczy aparat szparkowy jest otwarty, czy zamknięty.

Monitorując cykl otwierania się i zamykania aparatów szparkowych przez kilka kolejnych dni, naukowcy odkryli, że są w stanie w ciągu dwóch dni określić, czy roślina jest dotknięta stresem wodnym. Otwieranie aparatu szparkowego po wystawieniu rośliny na światło zajmuje około 7 minut, a jego zamykanie po odcięciu dostępu światła trwa 53 minuty. Czas ten zmienia się, gdy gleba jest sucha. Gdy rośliny są pozbawione wody, czas otwarcia aparatów szparkowych wzrasta do 25 minut, a czas ich zamykania wynosi aż 45 minut.

Ostrzeganie przed suszą

Naukowcy przetestowali czujnik na liściach skrzydłokwiatu (Spathiphyllum Adans.), z uwagi na ich duże aparaty szparkowe. By nadrukować tusz na liście, zespół stworzył specjalną formę do drukowania z kanałem mikroprzepływowym. Po umieszczeniu formy na liściu, tusz został naniesiony na jego powierzchnię przez ten właśnie kanał.

Obecnie zespół z MIT opracowuje nowy sposób nanoszenia układów elektrycznych na liście oparty na umieszczeniu „nalepki” na powierzchni rośliny. Według naukowców, takie urządzenie może zainteresować nie tylko dużych producentów rolnych, ale również ogrodników i miejskich rolników.