Исследователи из Университета штата Северная Каролина во главе с Чжэн Ли разработали патч, который растения их можно «носить», чтобы постоянно следить за болезнями или другими неудобствами, такими как повреждение урожая или сильная жара.
Зеленый датчик здоровья
Мы создали носимый датчик, который неинвазивным образом контролирует стресс и болезни растений, измеряя летучие органические соединения (ЛОС), выделяемые растениями.
Циншань Вэй, соавтор исследования. Доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Государственном университете Северной Каролины.
Современные методы тестирования на стресс или болезни сельскохозяйственных культур включают взятие образцов тканей растений и проведение лабораторных анализов.
Однако это дает производителям только одно измерение: временной интервал между сбором урожая и результатами теста затрудняет чтение.
Разные культуры, разные частоты
Сельскохозяйственные культуры выделяют разные комбинации ЛОС в разных условиях. Направляя нацеливание на ЛОС, относящиеся к конкретным болезням или стрессам растений, датчики могут предупреждать пользователей о конкретных проблемах.
«Наша технология постоянно отслеживает выбросы летучих органических соединений на заводе, не нанося ему вреда», — говорит Вэй. "Прототип, который мы продемонстрировали, хранит эти данные мониторинга, но будущие версии будут передавать данные по беспроводной сети. То, что мы разработали, позволяет производителям выявлять проблемы в полевых условиях - им не нужно ждать, чтобы получить результаты испытаний из лаборатории".
Как делают «зеленые» патчи?
Прямоугольные патчи имеют длину 30 мм и состоят из гибкого материала, содержащего датчики на основе графена и гибкие серебряные нанопроволоки. Сенсоры покрыты различными химическими лигандами, которые реагируют на присутствие определенных летучих органических соединений для разных культур.
Это позволяет системе обнаруживать и измерять ЛОС в газах, выделяемых листьями растений.
Исследователи протестировали прототип устройства на томатах. Прототип был настроен для мониторинга двух типов стресса: физическое повреждение растения и заражение P. infestans, возбудителем, вызывающим ложную мучнистую росу томатов.
Система обнаруживала изменения, связанные с физическим повреждением посевов, в течение одного-трех часов, в зависимости от того, насколько близко было повреждение к участку заделки.
Вещи улучшились и будут улучшены
Выявление присутствия P. infestans заняло больше времени. Технология не обнаруживала изменений в выбросах ЛОС до трех-четырех дней после того, как исследователи привили помидоры.
«Это происходит ненамного быстрее, чем появляются визуальные симптомы ложной мучнистой росы», — говорит Вэй. «Однако система мониторинга урожая гарантирует, что производителям не придется полагаться на обнаружение малейших визуальных симптомов. Непрерывный мониторинг позволит производителям как можно быстрее выявлять болезни растений, помогая им ограничить распространение болезни».
Прототипы зеленых участков уже способны с высокой точностью обнаруживать 13 различных летучих органических соединений такого же количества культур.
«Вощеные» культуры, пролеченные культуры
Важно отметить, что материалы имеют довольно невысокую стоимость. Если производство увеличится, эта технология станет рентабельной. Практическое решение такой проблемы требует очень небольших затрат.
Следующий шаг для патчей для сохранения урожая? В настоящее время исследователи работают над устройством следующего поколения, которое, помимо летучих органических соединений, может отслеживать температуру, влажность и другие параметры окружающей среды. И, как уже упоминалось, будущие версии будут питаться от солнечной энергии и поддерживать беспроводную передачу данных.
