雖然眾所周知,植物和許多生物體一樣,會對外部刺激發出電信號,但這些電信號非常微弱。NTU團隊從心電圖(ECG)中獲得靈感,通過人類的電活動來監測心臟健康,從而想出瞭一種方法來大聲而清晰地讀取這些電信號。
為瞭使這種技術適應植物,研究人員開發瞭一種可保形的電極材料,並將其與一種粘性水凝膠結合起來,這種水凝膠在室溫下會從液體轉變為彈性凝膠。這使得電極能夠附著在廣泛的植物上,甚至在它們生長和移動時對環境做出反應。在這裡,它作為一種通信設備,提供瞭對植物發出的電信號的清晰讀取。
“氣候變化正在威脅全世界的糧食安全,”該研究的主要作者陳曉東說。“通過監測植物的電信號,我們或許能夠發現可能的求救信號和異常情況。當用於農業目的時,農民可能會發現疾病正在進行中,甚至在作物上出現全面的癥狀之前,如黃葉。這可能為我們提供瞭迅速采取行動的機會,以最大限度地提高人們的作物產量。”
這個裝置的直徑隻有3毫米,重要的是,不會影響植物進行光合作用。在最初的一項實驗中,該團隊采用瞭該技術的早期版本,並將其植入捕蠅草上。然後,該團隊使用智能手機,以特定的頻率向該設備發送電脈沖,促使捕蠅草按要求閉合其葉片。
在另一輪實驗中,該團隊將一個機械臂連接到捕蠅草上。他們重復這一過程,並以特定的頻率從智能手機上發出脈沖電信號,使捕蠅草閉合,在此過程中夾住一根細線。
通過這些實驗,該團隊不僅展示瞭其通信設備如何用於監測植物對周圍環境的反應方式,而且實際上還將它們用作敏感的機器人抓手,用於易碎物品。該團隊現在正在探索這些功能的其他使用方式。
科學傢們將他們的研究發表在兩項研究中,其中一項發表在《自然-電子學》雜志上,另一項發表在《先進材料》雜志上。