Nya, mycket töjbara sensorer kan övervaka och överföra växttillväxtinformation utan mänsklig inblandning, rapporterar University of Illinois Urbana-Champaign-forskare i tidskriften Device .
Polymersensorerna är motståndskraftiga mot fukt och temperatur, kan sträcka sig över 400 % medan de förblir fästa vid en växt när den växer och skickar en trådlös signal till en fjärrövervakningsplats, säger professor i kemi och biomolekylär ingenjörsteknik Ying Diao, som ledde studien med växten. biologiprofessor och avdelningschef Andrew Leakey.
Studien beskriver några av de tidiga resultaten av ett NASA-anslag som tilldelats Diao för att undersöka hur bärbar tryckt elektronik kommer att användas för att göra jordbruk möjligt i rymden.
"Detta arbete är motiverat av astronauternas behov att odla grönsaker på ett hållbart sätt medan de är på långa uppdrag", sa hon.
Diaos team närmade sig detta projekt med hjälp av ett jordbaserat laboratorium för att skapa en mycket pålitlig, töjbar elektronisk enhet – och utvecklingen gick inte så lätt, sa hon.
"Ärligt talat började vi det här arbetet med att tänka att den här uppgiften bara skulle ta några månader att fullända. Men vi insåg snabbt att vår polymer var för stel", säger Siqing Wang, doktorand och första författare till studien. "Vi var tvungna att omformulera många av komponenterna för att göra dem mer mjuka och töjbara och justera vår tryckmetod för att kontrollera sammansättningen av mikrostrukturerna inuti enheten så att de inte bildade stora kristaller under trycknings- och härdningsprocessen."
Teamet landade på en mycket tunn filmenhet som hjälper till att hålla tillbaka kristalltillväxten under montering och utskrift.
"Efter att ha tagit itu med töjbarhets- och monteringsproblemen var vi tvungna att ta itu med problemen som kommer med att arbeta med bärbar elektronik i hög luftfuktighet och under snabba tillväxthastigheter," sa Wang. "Vi behövde reproducerbara resultat så att vi inte kunde få sensorerna att falla av eller elektroniskt misslyckas under tillväxtexperimenten. Vi kom till slut med en sömlös elektrod och gränssnitt som inte påverkades av de krävande förhållandena."
Den "Stretchable-Polymer-Electronics-baserade Autonomous Remote Strain Sensor" eller SPEARS2 – är produkten av tre års hårt arbete som bevisar att tillämpad vetenskap sällan upplever eureka-ögonblick.
"Det är ett spännande tekniskt framsteg i vår förmåga att utföra exakta, icke-invasiva mätningar av växttillväxt i realtid. Jag ser fram emot att se hur det kan komplettera de senaste verktygen för att förhöra genomiska och cellulära processer," sa Leakey.
Diao sa också att hon är exalterad över att avslöja alla sätt som denna forskning kommer att fortsätta utvecklas på.
Till exempel tittar den här studien på växter som majs som huvudsakligen växer uppåt. Forskarna planerar dock att utveckla sin metodik för elektronikutskrift för att skapa ett system som kan övervaka tillväxt uppåt och utåt.
Teamet sa att de också arbetar mot förmågan att känna av och övervaka kemiska processer på distans.
"Jag tror att forskningen inom bärbar elektronik har ignorerat växter för länge," sa Diao. "Vi vet att de upplever mycket stress under klimatanpassning, och jag tror att mjuk elektronik kan spela en större roll för att främja vår förståelse så att vi kan säkerställa att växter är friska, lyckliga och hållbara i framtiden - oavsett om det är i rymden , på andra planeter eller just här på jorden."
Forskare vid NASA och Illinois forskare från bioteknik, växtvetenskap, materialvetenskap och teknik, Carl R. Woese Institute for Genomic Biology och Beckman Institute for Advanced Science and Technology bidrog till denna studie.
Mer information: Siqing Wang et al, Mycket töjbar, robust och elastisk bärbar elektronik för fjärrstyrd, autonom övervakning av växttillväxt, Enhet (2024). DOI:10.1016/j.device.2024.100322
Journalinformation: Enhet
Tillhandahålls av University of Illinois i Urbana-Champaign
