新加坡南洋理工大學利用電子訊號與植物溝通
2021/07/27 @國際
摘要
新加坡南洋理工大學(NTU)利用心電圖的概念，研發了一項藉由電子訊號與植物溝通之通訊設備。NTU研究團隊利用水凝膠粘合劑，將電極片附著在捕蝇草植物表面上，從而實現導電。有了附著在捕蠅草表面的電極片，研究人員可以傳遞電子訊號至植物也能接收植物所釋放出的電子訊號，進而從中了解植物狀況。研究團隊希冀該設備未來能應用於農業產業上，協助農民監測其植物健康狀態以及預防疾病發生，以確保作物產量及其品質，並降低農民之成本損失。
示意圖
新加坡南洋理工大學(NTU)研發了一項藉由電子訊號與植物溝通之通訊設備。NTU研究團隊利用水凝膠粘合劑，將電極片附著在捕蠅草植物表面上，從而實現導電。有了附著在捕蠅草表面的電極片，研究人員可以傳遞電子訊號至植物也能接收植物所釋放出的電子訊號，進而從中了解植物狀況。
幾十年來，科學家已知道植物會釋放電子訊號並感受周遭環境作出反應。NTU研究團隊認為測量植物所釋放出電子訊號的能力將帶來新機會，例如協助幫忙拾起易碎物品的植物機器人或者是用於檢測農作物疾病檢測上以提升糧食安性。
植物的電子訊號極微弱，只有當電極片與植物表面接觸良好時才能被偵測到。因此，團隊利用水凝膠粘合劑加以協助，從而實現導電及獲取電子訊號。
利用電子訊號來建立植物機器人
NTU研究團隊從心電圖 (ECG) 中汲取靈感，心電圖通過量測器官產生的電生理活動來檢測心臟異常。作為驗證概念，科學家們將他們的植物“通訊”設備連接到捕蠅草的表面—捕蠅草是一種食肉植物，葉瓣多毛，在觸發時關閉，藉此捕抓昆蟲。 該電極片直徑為 3 毫米，對植物無害且不會影響植物進行光合作用的能力。使用智能手機以特定頻率向通訊設備(電極片)傳輸電脈衝，藉此誘導捕蠅草在 1.3 秒內需關閉其葉子。
研究人員還將捕蠅草連接到機械臂上，並通過智能手機和“通訊”設備刺激它的葉子關閉並撿起一根直徑為半毫米的電線。且相關之研究結果於今年刊登於科學期刊《自然》上。
收集電子訊號來監測作物健康狀況
NTU研究團隊希望運用此通訊設備來協助農民保護其農作物。NTU研究團隊陳曉東教授表示:”氣候變遷正在威脅著世界各地的糧食安全”。通過監測植物的電子訊號，我們或許能夠檢測到潛在的求救信號和異常情況。若用於農業上，農民可及早發現農作物異常狀況，如葉子發黃或正遭受疾病威脅等。及早發現異常狀況可使農民迅速作出應對措施和行動，藉此來確保其農作物產量及品質。 【延伸閱讀】新型感測器可改善昆蟲監測和作物管理
進化版之水凝膠
為了提高植物“通訊”設備的性能，南洋理工大學的科學家們還與新加坡科學技術研究局 (A*STAR) 下屬的材料研究與工程研究所 (IMRE) 的研究人員合作。
這項獨立研究的結果於 3 月發表在科學雜誌《Advanced Materials》上，結果發現，相較於普通的水凝膠，新研發出來水凝膠在室溫下從液體狀變成可拉伸的凝膠狀，能緊密地附著在植物表面上，且信號接收能力更強。
在闡述這項研究時，NTU研究團隊陳曉東教授表示，” 熱凝膠的材料在液態時表現得像水，這意味著粘合劑層在變成凝膠之前可以符合植物的形狀。例如測試在向日葵的毛莖上，這種改進版的植物‘通訊’裝置的粘合強度是普通水凝膠的四到五倍，且信號接收能力更強，其背景噪音更小。”
IMRE 執行董事 Loh Xian Jun 教授說：“該設備現在可以粘附在更多類型的植物表面上，而且更安全，標誌著植物領域向前邁出了重要一步。電生理學替植物相關之技術開闢了新的機會。”NTU研究團隊希冀能再次精進其通訊設備及應用程式。
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