Nuevos sensores altamente extensibles pueden monitorear y transmitir información sobre el crecimiento de las plantas sin intervención humana, informan investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign en la revista Device .
Los sensores de polímero son resistentes a la humedad y la temperatura, pueden estirarse más del 400% mientras permanecen adheridos a una planta a medida que crece y envían una señal inalámbrica a un lugar de monitoreo remoto, dijo el profesor de ingeniería química y biomolecular Ying Diao, quien dirigió el estudio con plantas. Andrew Leakey, profesor de biología y jefe de departamento.
El estudio detalla algunos de los primeros resultados de una subvención de la NASA otorgada a Diao para investigar cómo se utilizará la electrónica impresa portátil para hacer posible la agricultura en el espacio.
"Este trabajo está motivado por las necesidades de los astronautas de cultivar hortalizas de forma sostenible mientras realizan misiones largas", afirmó.
El equipo de Diao abordó este proyecto utilizando un laboratorio terrestre para crear un dispositivo electrónico flexible y altamente confiable, y su desarrollo no fue fácil, afirmó.
"Honestamente, comenzamos este trabajo pensando que esta tarea sólo tomaría unos pocos meses para perfeccionarse. Sin embargo, rápidamente nos dimos cuenta de que nuestro polímero era demasiado rígido", dijo Siqing Wang, estudiante de posgrado y primer autor del estudio. "Tuvimos que reformular muchos de los componentes para hacerlos más suaves y elásticos y ajustar nuestro método de impresión para controlar el ensamblaje de las microestructuras dentro del dispositivo para que no formaran cristales grandes durante el proceso de impresión y curado". P>
El equipo encontró un dispositivo de película muy delgada que ayuda a frenar el crecimiento del cristal durante el ensamblaje y la impresión.
"Después de abordar los problemas de elasticidad y ensamblaje, tuvimos que abordar los problemas que surgen al trabajar con dispositivos electrónicos portátiles en condiciones de alta humedad y con rápidas tasas de crecimiento", dijo Wang. "Necesitábamos resultados reproducibles para que los sensores no se cayeran o fallaran electrónicamente durante los experimentos de crecimiento. Finalmente se nos ocurrió un electrodo y una interfaz sin costuras que no se vieron afectados por las condiciones exigentes".
El "Sensor de tensión remoto autónomo basado en electrónica de polímero estirable" o SPEARS2, es el producto de tres años de arduo trabajo, lo que demuestra que la ciencia aplicada rara vez experimenta momentos eureka.
"Es un avance técnico apasionante en nuestra capacidad de realizar mediciones precisas y no invasivas del crecimiento de las plantas en tiempo real. Espero ver cómo puede complementar las últimas herramientas para interrogar los procesos genómicos y celulares", afirmó Leakey.
Diao también dijo que está emocionada de descubrir todas las formas en que esta investigación continuará progresando.
Por ejemplo, este estudio analiza plantas como el maíz que crecen principalmente hacia arriba. Sin embargo, los investigadores planean avanzar en su metodología de impresión electrónica para crear un sistema que pueda monitorear el crecimiento hacia arriba y hacia afuera.
El equipo dijo que también están trabajando para lograr la capacidad de detectar y monitorear procesos químicos de forma remota.
"Creo que la comunidad de investigación de electrónica portátil ha ignorado las plantas durante demasiado tiempo", dijo Diao. "Sabemos que están experimentando mucho estrés durante la adaptación climática, y creo que la electrónica blanda puede desempeñar un papel más importante en el avance de nuestra comprensión para que podamos garantizar que las plantas sean saludables, felices y sostenibles en el futuro, ya sea en el espacio. , en otros planetas o aquí mismo en la Tierra."
Investigadores de la NASA e investigadores de Illinois de bioingeniería, ciencias de cultivos, ciencia de materiales e ingeniería, el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica y el Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzada contribuyeron a este estudio.
Más información: Siqing Wang et al, Electrónica portátil altamente extensible, robusta y resistente para el control remoto y autónomo del crecimiento de las plantas, Dispositivo (2024). DOI:10.1016/j.device.2024.100322
Información de la revista: Dispositivo
Proporcionado por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
