Научные сотрудники университета в американском штате Айова разработали и внедрили новую недорогую технологию по контролю за ростом растений. Специалисты создали датчики на основе графена (модификация углерода) и закрепили их впервые на листьях кукурузы.
Данные методы позволили просчитать время, необходимое для перемещения воды из корней растения от нижней листвы до верхней. Собранная информация даст новые уникальные типы данных в исследованиях, что поможет фермерам и агрономам действовать в нужном направлении.
В будущем благодаря этому аграрии начнут выращивать растения более эффективно, при этом затраты воды для полива будут уменьшены.
Этой технологии уже дали название – татуировка для растений. Её придумал Лян Донг (Liang Dong) доцент кафедры вычислительной техники, преподаватель факультета наук о растениях в Университете штата Айова. При проведении первичных опытов все результаты исследования оказались успешными.
Впервые обнаруженный в 2004 году графен сделан из тонких листов углерода толщиной всего в один атом. Его свойства захватили воображение почти всех научных исследователей, так как его структура оказалась прочной и стабильной.
К тому же он тонкий, почти полностью прозрачный, чрезвычайно легкий и является уникальным проводником электричества и тепла. По утверждениям Лян Донга, технологию изготовления датчиков для растений планируется сделать ещё дешевле и при этом такой же высокопроизводительной.
Для этого команда разработала процесс изготовления различных узоров из графена на специальной ленте.
- Краткая суть процесса создания: первый шаг создает отпечатки (узоры) на поверхности полимерного блока с процессом формования их при помощи трехмерной печати. Затем инженеры применяют раствор жидкого графена к данному блоку и заполняют им все углубления (узоры). Далее используют специальную прокладку и удаляют избытки этого вещества. А при помощи уже другой ленты вытаскивают графены и получается готовый сенсор. Далее его закрепляют на нужном растении – напоминает по внешнему виду татуировку.
Этот уникальный процесс может производить точные узоры размером до 5 нанометров в ширину. Делая рисунки настолько малыми можно повысить чувствительность датчиков в несколько раз. При этом технология изготовления достаточно проста, а в денежном эквиваленте недорогая.
В лабораторных исследованиях датчики изготавливаются из оксида графена (материал очень чувствительный к водяному пару). Наличие водяного пара изменяет проводимость материала, что помогает качественно и в количествах точно оценить, а затем измерить транспирацию (движение воды) в листьях растений.
Успешные испытания и результаты позволили получить грант от министерства сельского хозяйства США. Сумму в размере 472363 долларов пустят на дальнейшие эксперименты уже в полевых условиях. Помимо этого, к проекту присоединятся ведущие агрономы страны, почвоведы и экологи.
В дальнейших планах предусмотрено при помощи этой технологии проводить профилактику заболевания растений и выявлять наличие пестицидов. Параллельно исследовательский комитет университета подал заявку на получение патента в сенсорной технологии при выращивании растений.
По прогнозам других экспертов, становится ясно, что данная сенсорная технология открывает перспективы использования ее в самых широких сферах применения. Уже сейчас рассматриваются варианты применения таких методов в биомедицинской диагностики, для проверки структурной целостности зданий и для мониторинга окружающей среды.