南洋理工大学开发可测量植物生长的无线传感电极和水凝胶
南洋理工大学开发可测量植物生长的无线传感电极和水凝胶
由新加坡南洋理工大学（NTU新加坡）领导的一组科学家开发了一种可以向植物传递电信号或从植物传递电信号的设备，从而为利用植物的新技术打开了大门。
NTU团队通过使用柔软且粘着的粘合剂（称为水凝胶）将合适的电极（一种导电材料）附着在维纳斯捕蝇器植物的表面上，从而开发了他们的植物"通信"设备。通过将电极连接到捕蝇器的表面，研究人员可以实现两件事：拾取电信号以监视植物对环境的反应，然后将电信号传输到植物以使其关闭叶子。
数十年来，科学家们知道植物会发出电信号来感应和响应其环境。NTU研究小组认为，开发测量植物电信号的能力可以为一系列有用的应用创造机会，例如基于植物的机器人可以帮助拾取易碎物品，或者通过检测疾病来帮助增强食品安全性。在农作物早期。
但是，植物的电信号非常弱，只有在电极与植物表面良好接触时才能检测到。植物的毛状，蜡状和不规则表面使任何薄膜电子设备都难以附着并实现可靠的信号传输。
为了克服这一挑战，NTU团队从心电图（ECG）中汲取了灵感，该心电图用于通过测量器官产生的电活动来检测心脏异常。
多毛植物和薄膜电极之间的非正规界面。与标称接触面积相比，实际接触面积（粉红色）大大减小的示意图面积（黑色）由于发梢曲率半径小，头发长宽比大，这将导致附着力的急剧降低电极（约70μm厚PDMS（聚二甲基硅氧烷）衬底上的金纳米膜）应用于生物电子学，站在一片毛茸茸的叶子上，作为穷人的真实写照多毛植物和薄膜电极之间的接触也源于金属的脆弱性头发。因为有些毛发具有重要的生理功能，很容易被外界破坏，最小压力（通常用于改善电极与组织的接触和粘附可用于促进电极连接。
新加坡南洋理工大学的研究人员设计了一种工具， 该工具可以向植物传递电信号或从植物传递电信号，从而为交流提供了路径。该设备在《自然电子学》 和《高级材料》的两篇单独的论文中进行了详细介绍，不会完全让您对向日葵说话，但它可以 监视植物对环境的反应，并向植物发送运动指令。
传输电信号以创建按需植物机器人
作为证明的概念，科学家们将他们的植物"通讯"装置拿到了金星捕蝇器的表面，该捕蝇器是一种食肉植物，具毛状的叶裂片，被触发时会靠近昆虫。
该设备的直径为3毫米，对植物无害。在成功检测到来自植物的电信号时，它不会影响植物执行光合作用的能力。该团队使用智能手机以特定频率将电脉冲传输到设备，诱使维纳斯捕蝇器在1.3秒内按需关闭叶片。
研究人员还将维纳斯捕蝇器连接到机械臂上，并通过智能手机和"通讯"设备刺激其叶子闭合并捡起一根直径为半毫米的金属丝。
研究小组说，他们的发现发表在1月的科学期刊《自然电子》上，展示了基于植物的技术系统的未来设计前景。他们的方法可能会导致创建更灵敏的机器人抓取器来拾取可能受到当前刚性物体伤害的易碎物体。
拾取电信号以监控作物健康状况
研究团队设想了一个未来，农民可以使用他们开发的植物"通讯"设备采取预防措施来保护自己的农作物。
本研究中使用的板状电极示意图电生理学。凝胶可以是琼脂凝胶、PAAm水凝胶或EPC热凝胶。铜线（搪瓷）与仪表放大器相连。
该研究的主要作者，新加坡南大材料科学与工程学系主席陈晓东教授说："气候变化正威胁着全世界的粮食安全。通过监测植物的电信号，我们也许能够发现可能的遇险信号当用于农业目的时，农民甚至在农作物出现完全成熟的症状（例如黄叶）之前，就可以查明疾病何时进展，这可能为我们提供了迅速采取行动以最大化农作物产量的机会。人口。"
陈教授同时还是南大柔性设备创新中心（iFLEX）的负责人，并补充说，用于植物监控的"通信"设备的开发体现了南大智能园区的愿景，该愿景旨在为可持续发展的未来开发技术先进的解决方案。
下一代改进：具有更强粘合强度的液态胶
为了提高植物"通信"设备的性能，NTU科学家还与新加坡科学技术研究局（A * STAR）旗下的材料研究与工程研究所（IMRE）的研究人员合作。
与EPC热凝胶之间电接触的标准质量相当以及无毛植物。
这项单独研究的结果发表在三月份的科学期刊《先进材料》上，发现通过使用一种称为热凝胶的水凝胶-在室温下逐渐从液体转变为可拉伸的凝胶-可以将其植物附着在植物上。通信设备可用于更多种类的植物（具有各种表面纹理）并实现更高质量的信号检测，尽管植物会随着环境的变化而移动和生长。
共同主要作者陈晓东教授在详细介绍这项研究时说："基于热凝胶的材料在液态时的行为就像水一样，这意味着粘合剂层在变成凝胶之前可以符合植物的形状。经过测试例如，在向日葵的毛茎上，这种改进型的植物"通讯"装置的粘合强度是普通水凝胶的四到五倍，并且记录到的信号明显更强，背景噪音更低。"
先进材料研究的共同首席作者兼IMRE执行主任Loh Xian Jun教授说："该设备现在可以粘在更多类型的植物表面上，而且更加安全，这标志着植物领域向前迈出了重要的一步电生理学。它为基于植物的技术开辟了新的机会。"
展望未来，NTU团队正在寻求使用其植物"通信"设备的改进版本来设计其他应用程序。
拟南芥的噪声水平测试。a、 实验装置的照片。b，当叶片经历振动和运动时，从两个电极记录的信号。
有哪些可能的应用？
研究人员希望他们的工作将对有源的作物监测设备有所帮助，该设备可以帮助应对由于气候变化而导致的粮食不安全。
主要作者陈晓东教授说： "通过监视植物的电信号，我们也许能够检测到可能的求救信号和异常情况。" "用于农业（目的）时，农民可能甚至在作物出现完全症状之前（例如发黄的叶子）就可以查明疾病何时进展。这可能为我们提供了机会，迅速采取行动，最大限度地提高作物的收成。人口。"
而且，该技术可能会在机器人技术中得到应用。科学家们可以制造出可以轻柔地捡起易碎物品的基于植物的机器人。
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