Дослідники з Університету Іллінойсу Урбана-Шампейн розробили нові дуже гнучкі датчики, здатні автономно контролювати та передавати дані про ріст рослин, йдеться в статті, опублікованій в журналі Device.
Полімерні датчики стійкі до вологості та температури, можуть розтягуватися понад 400%, залишаючись прикріпленими до рослини, коли вона росте, і надсилають бездротовий сигнал у віддалену точку моніторингу, сказав професор хімічної та біомолекулярної інженерії Ін Дяо, який керував дослідженням. професор біології рослин і керівник кафедри Ендрю Лікі.
У дослідженні детально описано деякі з перших результатів гранту NASA, наданого Діао, щоб дослідити, як друкована електроніка, що носиться, буде використовуватися для ведення сільського господарства в космосі.
«Ця робота мотивована потребами астронавтів у вирощуванні овочів на основі екологічно чистих умов під час тривалих місій», — сказала вона.
Команда Діао підійшла до цього проекту, використовуючи земну лабораторію для створення високонадійного електронного пристрою, який розтягується, і його розробка далася непросто, сказала вона.
«Чесно кажучи, ми почали цю роботу, вважаючи, що це завдання займе лише кілька місяців. Однак ми швидко зрозуміли, що наш полімер був надто жорстким», — сказав Сікінг Ван, аспірант і перший автор дослідження. «Нам довелося переформулювати багато компонентів, щоб зробити їх більш м’якими та розтяжними, і налаштувати наш метод друку, щоб контролювати збірку мікроструктур всередині пристрою, щоб вони не утворювали великі кристали під час друку та процесу затвердіння».
Команда знайшла пристрій із дуже тонкою плівкою, який допомагає стримувати ріст кристалів під час складання та друку.
Розробка та результати
«Після вирішення проблем з розтягуванням і збіркою нам довелося вирішити проблеми, пов’язані з роботою з переносною електронікою в умовах високої вологості та швидких темпів росту», — сказав Ван. «Нам потрібні були відтворювані результати, щоб датчики не впали або не вийшли з ладу електроніка під час експериментів із ростом. Нарешті ми створили безшовний електрод і інтерфейс, на який не впливають складні умови».
«Автономний дистанційний датчик деформації на основі розтягуваного полімеру на основі електроніки» або SPEARS2 – це продукт трирічної наполегливої роботи, який доводить, що прикладна наука рідко переживає моменти еврики.
«Це захоплюючий технічний прогрес у нашій здатності виконувати точні неінвазивні вимірювання росту рослин у режимі реального часу. Я з нетерпінням чекаю, як він може доповнити новітні інструменти для дослідження геномних і клітинних процесів», — сказав Лікі.
Діао також сказала, що вона рада розкрити всі шляхи, як це дослідження буде продовжуватися.
Наприклад, це дослідження розглядає такі рослини, як кукурудза, які ростуть переважно вгору. Проте дослідники планують удосконалити свою методологію електронного друку, щоб створити систему, яка може відстежувати зростання та зростання. Команда заявила, що вони також працюють над здатністю відчувати та контролювати хімічні процеси віддалено.
«Я вважаю, що спільнота дослідників носимої електроніки надто довго ігнорувала рослини», — сказав Діао. «Ми знаємо, що вони відчувають великий стрес під час адаптації до клімату, і я думаю, що м’яка електроніка може відіграти більшу роль у просуванні нашого розуміння, щоб ми могли гарантувати, що рослини будуть здоровими, щасливими та стійкими в майбутньому – незалежно від того, чи буде це в космосі. , на інших планетах або прямо тут, на Землі».