Quên tưới nước cho cây trồng? Trong tương lai gần cây sẽ gửi cảnh báo SOS tới bạn.
Các kỹ sư của MIT đã tạo ra các cảm biến có thể in trên lá cây và biết khi nào cây đang bị thiếu nước. Theo Michael Strano, Giáo sư Kỹ thuật Hóa học Carbon P. Dubbs và là tác giả chính của nghiên cứu mới, loại công nghệ này không chỉ có thể giúp tiết kiệm các cây trồng bị bỏ quên mà còn quan trọng hơn là cung cấp cho nông dân một cảnh báo sớm khi mùa màng của họ bị nguy hiểm.
Strano nói. “Thật khó để có được chỉ báo hạn hán, thiếu nước ở cây trồng theo cách khác. Bạn có thể đặt cảm biến vào đất, hoặc bạn có thể làm hình ảnh vệ tinh và lập bản đồ, nhưng bạn không bao giờ thực sự biết cây riêng lẻ nào bị thiếu nước. “
Strano đã bắt đầu làm việc với một nhà sản xuất nông nghiệp lớn để phát triển các cảm biến này để sử dụng cho cây trồng, ông tin rằng công nghệ này cũng có thể hữu ích cho người làm vườn. Nó cũng có thể giúp các nhà nghiên cứu phát triển những cách mới để cho ra đời giống cây chịu hạn.
Cảm biến in
Khi đất khô, cây cối sẽ điều chỉnh sự phát triển của chúng, giảm hoạt động quang hợp, và làm hỏng mô của chúng. Một cây bắt đầu héo, nhưng một số khác lại không có biểu hiện cụ thể cho đến khi chúng đã bị tổn hại đáng kể.
Cảm biến mới của MIT tận dụng hoạt động của khoang – lỗ nhỏ trên mặt lá cho phép nước bốc hơi. Khi nước bốc hơi từ lá, áp suất nước cây giảm xuống, cho phép nó hút nước từ đất. Các nhà thực vật học biết rằng khoang này mở ra khi tiếp xúc với ánh sáng và đóng lại trong bóng tối, nhưng hoạt động của việc mở và đóng này ít được nghiên cứu bởi vì không có cách nào tốt để đo trực tiếp chúng trong thời gian thực. Koman nói: “Mọi người đều đã biết rằng khoang mở trên lá phản ứng với ánh sáng, nồng độ cácbon điôxit, hạn hán, nhưng bây giờ chúng tôi đã có thể theo dõi nó một cách liên tục. Các phương pháp trước đây không thể có được thông tin này”.
Để tạo ra cảm biến, các nhà nghiên cứu của MIT đã sử dụng mực in bằng ống nano cacbon hòa tan trong một hợp chất hữu cơ được gọi là natri dodecyl sulfate để đảm bảo không làm hỏng khoang mở trên lá. Mực này có thể được in trên một khoang mở để tạo ra một mạch điện tử. Khi khoang rỗng đóng, mạch điện đóng và dòng điện có thể được đo bằng cách kết nối mạch với một thiết bị đo. Khi khoang mở ra, mạch bị vỡ và dòng điện ngừng. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu đo chính xác khi nào một khoang được mở hoặc đóng lại.
Bằng cách đo thời gian mở và đóng khoang trong nhiều ngày, trong điều kiện bình thường và khô hạn, các nhà nghiên cứu phát hiện có thể phát hiện cây nào đang thiếu nước. Cụ thể, họ phát hiện ra rằng phải mất 7 phút để mở ra sau khi phơi sáng và 53 phút để đóng lại khi bóng tối sụp xuống trong điều kiện thường, nhưng những phản ứng này thay đổi trong điều kiện khô. Khi các cây bị ngừng tưới nước, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng khoang mở ra trung bình mất 25 phút, trong khi khoảng thời gian để đóng giảm xuống còn 45 phút.
Michael McAlpine, giáo sư về kỹ thuật cơ khí của Đại học University of Wisconsin, nói: “Công việc này rất thú vị vì nó mở ra khả năng trực tiếp in các thiết bị điện tử vào đời sống thực vật để theo dõi lâu dài các phản ứng sinh lý thực vật đối với các yếu tố môi trường, như hạn hán”
Cảnh báo hạn hán
Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra các cảm biến của nghiên cứu này trên một loại cây trồng là hoa lily vì nó có khoang mở trên lá lớn. Để áp dụng mực vào lá, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một khuôn in với một đường dẫn microfluidic. Khi khuôn được đặt trên lá, mực chảy qua đường dẫn và được lắng đọng trên bề mặt lá.
Nhóm nghiên cứu tại MIT đang nghiên cứu một cách mới để in các mạch điện tử bằng cách đơn giản đặt một nhãn dán trên bề mặt lá. Ngoài các nhà sản xuất nông nghiệp quy mô lớn, người làm vườn cũng có thể quan tâm đến một thiết bị như vậy, các nhà nghiên cứu đề xuất.
Koman nói: “Kết quả của nghiên cứu có thể có ý nghĩa lớn đối với nông nghiệp, đặc biệt là với điều kiện biến đổi khí hậu, thiếu nước và thay đổi nhiệt độ môi trường.
