Nuovi sensori altamente estensibili possono monitorare e trasmettere informazioni sulla crescita delle piante senza intervento umano, riferiscono i ricercatori Urbana-Champaign dell'Università dell'Illinois sulla rivista Device .
I sensori polimerici sono resistenti all'umidità e alla temperatura, possono allungarsi oltre il 400% pur rimanendo attaccati a una pianta mentre cresce e inviano un segnale wireless a una posizione di monitoraggio remoto, ha affermato il professore di ingegneria chimica e biomolecolare Ying Diao, che ha condotto lo studio con la pianta. professore di biologia e capo dipartimento Andrew Leakey.
Lo studio descrive in dettaglio alcuni dei primi risultati di una sovvenzione della NASA assegnata a Diao per studiare come verranno utilizzati i dispositivi elettronici stampati indossabili per rendere possibile l'agricoltura nello spazio.
"Questo lavoro è motivato dalla necessità degli astronauti di coltivare ortaggi in modo sostenibile durante le missioni di lunga durata", ha affermato.
Il team di Diao ha affrontato questo progetto utilizzando un laboratorio basato sulla Terra per creare un dispositivo elettronico altamente affidabile e flessibile; il suo sviluppo non è stato facile, ha affermato.
"Onestamente, abbiamo iniziato questo lavoro pensando che ci sarebbero voluti solo pochi mesi per perfezionare questo compito. Tuttavia, ci siamo subito resi conto che il nostro polimero era troppo rigido", ha detto Siqing Wang, uno studente laureato e primo autore dello studio. "Abbiamo dovuto riformulare molti componenti per renderli più morbidi ed elastici e adattare il nostro metodo di stampa per controllare l'assemblaggio delle microstrutture all'interno del dispositivo in modo che non formassero grandi cristalli durante il processo di stampa e polimerizzazione."
Il team è arrivato a un dispositivo a pellicola molto sottile che aiuta a frenare la crescita dei cristalli durante l'assemblaggio e la stampa.
"Dopo aver affrontato i problemi di elasticità e assemblaggio, abbiamo dovuto affrontare i problemi che derivano dal lavorare con l'elettronica indossabile in condizioni di elevata umidità e con tassi di crescita rapidi", ha affermato Wang. "Avevamo bisogno di risultati riproducibili in modo da evitare che i sensori cadessero o si guastassero elettronicamente durante gli esperimenti di crescita. Alla fine siamo riusciti a creare un elettrodo e un'interfaccia senza soluzione di continuità che non fosse influenzato dalle condizioni impegnative."
Il "Sensore di deformazione remoto autonomo basato su elettronica estensibile" o SPEARS2 è il prodotto di tre anni di duro lavoro, a dimostrazione che la scienza applicata raramente sperimenta momenti eureka.
"Si tratta di un entusiasmante progresso tecnico nella nostra capacità di eseguire misurazioni precise e non invasive della crescita delle piante in tempo reale. Non vedo l'ora di vedere come può integrare gli strumenti più recenti per interrogare i processi genomici e cellulari", ha affermato Leakey.
Diao ha anche affermato di essere entusiasta di scoprire tutti i modi in cui questa ricerca continuerà a progredire.
Ad esempio, questo studio esamina piante come il mais che crescono principalmente verso l’alto. Tuttavia, i ricercatori intendono migliorare la loro metodologia di stampa elettronica per creare un sistema in grado di monitorare la crescita verso l'alto e verso l'esterno.
Il team ha affermato che sta anche lavorando per ottenere la capacità di rilevare e monitorare i processi chimici a distanza.
"Penso che la comunità di ricerca sull'elettronica indossabile abbia ignorato le piante per troppo tempo", ha detto Diao. "Sappiamo che stanno sperimentando molto stress durante l'adattamento climatico, e penso che l'elettronica leggera possa svolgere un ruolo più importante nel far progredire la nostra comprensione in modo da poter garantire che le piante siano sane, felici e sostenibili in futuro, sia nello spazio , su altri pianeti o proprio qui sulla Terra."
Hanno contribuito a questo studio ricercatori della NASA e ricercatori dell'Illinois provenienti da bioingegneria, scienze agricole, scienza e ingegneria dei materiali, il Carl R. Woese Institute for Genomic Biology e il Beckman Institute for Advanced Science and Technology.
Ulteriori informazioni: Siqing Wang et al, Elettronica indossabile altamente estensibile, robusta e resistente per il monitoraggio remoto e autonomo della crescita delle piante, Dispositivo (2024). DOI:10.1016/j.device.2024.100322
Informazioni sul giornale: Dispositivo
Fornito dall'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign
