讓植物“張嘴說話”！新加坡“植物機(jī)器人”可成為環(huán)境探測器促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

來源：機(jī)器人大講堂

植物也能“聯(lián)網(wǎng)”？科幻小說都不會這么寫，不過這讓科學(xué)家做到了!

由新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種可以向植物發(fā)送電信號和從植物接收電信號的裝備，為利用植物的新技術(shù)打開了大門。團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)于今年刊登于國際知名科學(xué)期刊《自然》屬下的《自然·電子學(xué)》（Nature Electronics）。

研究團(tuán)隊(duì)部分成員，左二為ChenXiaodong 教授，來源：ntu

研究團(tuán)隊(duì)以肉食植物捕蠅草（Venus flytrap plant）為主，歷經(jīng)四年研發(fā)出這種植物“溝通”裝置。裝置可監(jiān)測植物的健康狀態(tài)，不會傷害植物或影響植物的光合作用。這也是世界上首個研究捕蠅草信號的科學(xué)團(tuán)隊(duì)。

用手機(jī)控制捕蠅草機(jī)器人

捕蠅草，是自然界中少數(shù)的幾種食肉植物之一，它們的葉片上有多根觸角，一旦有昆蟲觸碰到這些觸角，葉片就會在不到一秒的時間里合攏，將小昆蟲關(guān)在其中，直到它被葉片中的腺體分泌出來的消化液消化掉。有時連青蛙或小鳥等動物都會成為它們的腹中物。

植物發(fā)出的信號很微弱，葉面毛茸茸又有蠟，一般來說很難連接到能導(dǎo)電的電極上。而NTU團(tuán)隊(duì)則開發(fā)了他們的植物“通信”設(shè)備，使用一種叫做水凝膠的柔軟粘性粘合劑，在捕蠅草植物表面附著一個貼合電極，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。

功能展示，來源：NTU

相較于普通的水凝膠，新研發(fā)的熱敏水凝膠粘性要高四五倍，可粘在不規(guī)則的植物表面。熱敏水凝膠的可塑性也更佳，室溫下能在30秒內(nèi)從水狀液體變成可拉伸的固體，能輕易、緊密的附在植物表面，不僅信號接收能力提高了2.5倍，還能輕易拆掉。

電極的直徑僅為3毫米，對植物無害，不影響植物進(jìn)行光合作用的能力。有了附著在捕蠅草表面的電極，研究人員可以拾取電信號以監(jiān)控植物對環(huán)境的反應(yīng)，并將電信號傳輸?shù)街参铮蛊潢P(guān)閉葉子。

在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)將捕蠅草固定在機(jī)械手臂上，成為一個植物機(jī)器人。接到信號后，植物機(jī)器人可夾起一條直徑0.5毫米的鐵絲。相較普通機(jī)械手臂，植物機(jī)器人能拾起更加脆弱、易碎的物品。團(tuán)隊(duì)也希望能設(shè)計仿真捕蠅草，完善這款植物機(jī)器人。

捕蠅草機(jī)器人撿起鉑金屬絲

捕蠅草機(jī)器人抓砝碼

除此之外，研究團(tuán)隊(duì)也希望植物溝通裝置能成為有生命的傳感器。

植物對環(huán)境的變化十分敏感，如有污染，便可通過植物的電信號進(jìn)行探測，成為環(huán)境探測器。這款裝置也可提前探測植物異常，預(yù)防疾病，提高農(nóng)業(yè)收成，確保糧食安全。

來源：nature

南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的陳曉東教授表示，“氣候變化正在威脅全世界的糧食安全。通過監(jiān)測植物的電信號，可能能夠檢測到潛在求救信號和異常情況。用于農(nóng)業(yè)，農(nóng)民可以發(fā)現(xiàn)疾病何時發(fā)展?！?/p>

新加坡主要食品供應(yīng)來源地，來源：早報

新加坡政府在2019年推出“30·30”愿景，計劃用10年時間逐步提高本國食品產(chǎn)量，減少食品進(jìn)口依賴，并在2030年讓本地出產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品滿足國人三成的營養(yǎng)需求。我們也期待該研究成果在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

已發(fā)表文章

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參考文獻(xiàn):

1. An on-demand plant-based actuatorcreatedusing conformable electrodes, nature electronics

2. NTU Singapore scientists developdevice to 'communicate' with plants using electrical signals， NTU media release

3. https://www.nature.com/articles/s41928-020-00530-4