Hai dimenticato di innaffiare di nuovo quella pianta sulla tua scrivania? Potrebbe presto essere in grado di inviare un SOS.

Gli ingegneri del MIT hanno creato sensori che possono essere stampati sulle foglie delle piante e rivelano quando le piante stanno vivendo una carenza d'acqua. Questo tipo di tecnologia potrebbe non solo salvare le piante d'appartamento trascurate ma, ma ancora più importante, avvisare tempestivamente gli agricoltori quando i loro raccolti sono in pericolo, dice Michele Strano, il Carbon P. Dubbs Professor of Chemical Engineering al MIT e l'autore senior del nuovo studio.

"Questo sembra essere il primo indicatore di siccità che abbiamo per le applicazioni agricole, " Dice Strano. "È difficile ottenere queste informazioni in altro modo. Puoi mettere sensori nel terreno, oppure puoi fare l'imaging satellitare e la mappatura, ma non si sa mai cosa rileva una particolare pianta come potenziale idrico."

Strano ha già iniziato a lavorare con un grande produttore agricolo per sviluppare questi sensori da utilizzare sulle colture, e crede che la tecnologia potrebbe essere utile anche ai giardinieri e agli agricoltori urbani. Potrebbe anche aiutare i ricercatori a sviluppare nuovi modi per progettare piante resistenti alla siccità, lui dice.

Volodymyr Koman, un postdoc del MIT, è l'autore principale del documento, che appare nell'edizione online dell'8 novembre della rivista Laboratorio su un chip .

Sensori stampabili

Quando il terreno si secca, le piante rallentano la loro crescita, ridurre l'attività fotosintetica, e subiscono danni ai loro tessuti. Alcune piante iniziano ad appassire, ma altri non mostrano segni visibili di problemi finché non hanno già subito danni significativi.

Il nuovo sensore MIT sfrutta gli stomi delle piante, piccoli pori sulla superficie di una foglia che consentono all'acqua di evaporare. Quando l'acqua evapora dalla foglia, la pressione dell'acqua nell'impianto diminuisce, permettendogli di attingere acqua dal suolo attraverso un processo chiamato traspirazione.

I biologi vegetali sanno che gli stomi si aprono quando esposti alla luce e si chiudono al buio, ma le dinamiche di questa apertura e chiusura sono state poco studiate perché non c'è stato un buon modo per misurarle direttamente in tempo reale.

"La gente sapeva già che gli stomi rispondono alla luce, alla concentrazione di anidride carbonica, alla siccità, ma ora siamo stati in grado di monitorarlo continuamente, " dice Koman. "I metodi precedenti non erano in grado di produrre questo tipo di informazioni".

Per creare il loro sensore, i ricercatori del MIT hanno usato un inchiostro fatto di nanotubi di carbonio, piccoli tubi cavi di carbonio che conducono elettricità, disciolti in un composto organico chiamato sodio dodecil solfato, che non danneggia gli stomi. Questo inchiostro può essere stampato su un poro per creare un circuito elettronico. Quando il poro è chiuso, il circuito è intatto e la corrente può essere misurata collegando il circuito a un dispositivo chiamato multimetro. Quando il poro si apre, il circuito è interrotto e la corrente smette di scorrere, permettendo ai ricercatori di misurare, molto preciso, quando un singolo poro è aperto o chiuso.

Misurando questa apertura e chiusura in pochi giorni, in condizioni normali e asciutte, i ricercatori hanno scoperto che possono rilevare, entro due giorni, quando una pianta sta vivendo uno stress idrico. Hanno scoperto che gli stomi impiegano circa sette minuti per aprirsi dopo l'esposizione alla luce e 53 minuti per chiudersi quando cala l'oscurità, ma queste risposte cambiano durante le condizioni asciutte. Quando le piante sono private dell'acqua, i ricercatori hanno scoperto che gli stomi impiegano in media 25 minuti per aprirsi, mentre il tempo necessario per la chiusura degli stomi scende a 45 minuti.

Allerta siccità

Per questo studio, i ricercatori hanno testato i sensori su una pianta chiamata giglio della pace, che hanno scelto in parte perché ha grandi stomi. Per applicare l'inchiostro sulle foglie, i ricercatori hanno creato uno stampo di stampa con un canale microfluidico. Quando lo stampo è posto su una foglia, l'inchiostro che scorre attraverso il canale si deposita sulla superficie della foglia.

Il team del MIT sta ora lavorando a un nuovo modo di applicare i circuiti elettronici semplicemente posizionando un adesivo sulla superficie della foglia. Oltre ai grandi produttori agricoli, giardinieri e agricoltori urbani potrebbero essere interessati a un tale dispositivo, i ricercatori propongono.

"Potrebbe avere grandi implicazioni per l'agricoltura, soprattutto con il cambiamento climatico, dove si avranno scarsità d'acqua e sbalzi di temperatura ambientale, " dice Koman.

Nei lavori correlati, Il laboratorio di Strano sta esplorando la possibilità di creare array di questi sensori che potrebbero essere utilizzati per rilevare la luce e catturare immagini, molto simile a una macchina fotografica.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.