В исследованиях, проводимых Университетом Иллинойса в Урбане-Шампейне, используются растягивающиеся электроды на основе полимеров для дистанционного мониторинга роста растений, что приближает ученых на шаг ближе к выращиванию растений в космосе для кормления астронавтов во время длительных миссий. Фото: Центр космических полетов имени Маршалла НАСА.
Новые, легко растягивающиеся датчики могут отслеживать и передавать информацию о росте растений без вмешательства человека, сообщают исследователи Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне в журнале Device.
Полимерные датчики устойчивы к влажности и температуре, могут растягиваться более чем на 400%, оставаясь при этом прикрепленными к растению по мере его роста, и посылают беспроводной сигнал в место удаленного мониторинга, сказал профессор химической и биомолекулярной инженерии Ин Дяо, который руководил исследованием с растением. профессор биологии и заведующий кафедрой Эндрю Лики.
В исследовании подробно описаны некоторые первые результаты гранта НАСА, предоставленного Диао для изучения того, как носимая печатная электроника будет использоваться, чтобы сделать возможным сельское хозяйство в космосе.
«Эта работа мотивирована потребностями астронавтов в устойчивом выращивании овощей во время длительных миссий», — сказала она.
Команда Диао подошла к этому проекту, используя наземную лабораторию для создания высоконадежного, гибкого электронного устройства, и его разработка далась нелегко, сказала она.
«Честно говоря, мы начали эту работу, думая, что на совершенствование этой задачи уйдет всего несколько месяцев. Однако мы быстро поняли, что наш полимер слишком жесткий», — сказал Сыцин Ван, аспирант и первый автор исследования. «Нам пришлось изменить состав многих компонентов, чтобы сделать их более мягкими и растягивающимися, а также скорректировать наш метод печати, чтобы контролировать сборку микроструктур внутри устройства, чтобы они не образовывали большие кристаллы в процессе печати и отверждения».
Команда остановилась на очень тонкопленочном устройстве, которое помогает сдерживать рост кристаллов во время сборки и печати.
«После решения проблем растягиваемости и сборки нам пришлось решать проблемы, связанные с работой с носимой электроникой в условиях высокой влажности и высоких темпов роста», — сказал Ван. «Нам нужны были воспроизводимые результаты, чтобы не допустить падения датчиков или отказа электроники во время экспериментов по выращиванию. Наконец мы разработали бесшовный электрод и интерфейс, на которые не влияют сложные условия».
«Автономный дистанционный датчик деформации на основе растягивающейся полимерной электроники», или SPEARS2, — это результат трех лет напряженной работы, доказывающий, что прикладная наука редко переживает моменты эврики.
«Это впечатляющее техническое достижение в нашей способности выполнять точные, неинвазивные измерения роста растений в режиме реального времени. Я с нетерпением жду возможности увидеть, как оно может дополнить новейшие инструменты для исследования геномных и клеточных процессов», — сказал Лики.
Диао также сказала, что она рада узнать, как будут продолжать развиваться эти исследования.
Например, в этом исследовании рассматриваются такие растения, как кукуруза, которые растут преимущественно вверх. Тем не менее, исследователи планируют усовершенствовать свою методологию печати электроники, чтобы создать систему, которая сможет отслеживать восходящий и внешний рост.
Команда заявила, что они также работают над возможностью удаленного измерения и мониторинга химических процессов.
«Я думаю, что сообщество исследователей носимой электроники слишком долго игнорировало растения», — сказал Дяо. «Мы знаем, что они испытывают большой стресс во время адаптации к изменению климата, и я думаю, что мягкая электроника может сыграть большую роль в продвижении нашего понимания, чтобы мы могли гарантировать, что растения будут здоровыми, счастливыми и устойчивыми в будущем — будь то в космосе. , на других планетах или прямо здесь, на Земле».
В этом исследовании внесли свой вклад исследователи из НАСА и исследователи из Иллинойса из области биоинженерии, растениеводства, материаловедения и инженерии, Института геномной биологии Карла Р. Вёзе и Института передовых наук и технологий Бекмана.
Информация от: Университетом Иллинойса в Урбана-Шампейн.
