科学家开发植物感测器与植物沟通的装置 https://bit.ly/2QgLYhO 气候变迁威胁着全球的粮食安全，如果能藉由监测植物的电信号，或许可以及早发现农作 物求救信号和异常，农民可以提早发觉作物感染疾病，迅速采取行动，以提高产量。 新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University）的团队开发了一种可以和植 物「沟通」的装置，利用水凝胶（hydrogel）作为黏着剂，在捕蝇草表面贴上了导电材料 ，研究人员可以接收电信号、监测植物对环境的反应，或是传输电信号使植物闭合叶片。 多年来，科学家们知道植物会发出电信号来感应环境。南洋理工大学的团队认为，测量植 物电信号的能力可以实现多种应用，例如可以帮忙基於植物(plant-based) 机器人监测易 爆裂物品，或者及早发现作物的疾病，加强粮食安全。 然而，植物的电信号非常微弱，只有在电极与植物表面有良好的接触下才能被侦测到。由 於植物的叶毛、蜡质和不规则的表面，使得任何薄膜电子装置都难以附着在植物上、而难 以取得稳定的传输信号。 为了克服这一挑战，南洋理工大学的团队从检测心脏异常的心电图（ECG）取得灵感，进 行测量电活动。作为概念验证（proof-of concept），科学家们将与植物「沟通」的装置 贴在了捕蝇器（Venus flytrap）的表面上。捕蝇草叶子的表面绒毛，当被触发时，植物 会将叶片闭合。与植物「沟通」的装置直径长3毫米，侦测植物的电信号时不会影响植物 行光合作用，对植物无害。研究团队利用智慧手机遥控装置，以特定频率向植物发射电脉 冲（electric pulse），1.3秒内就能触发捕蝇器关闭叶片。研究人员还将机械手臂与捕 蝇器连接，通过智慧手机和「沟通」装置，刺激捕蝇器将叶片闭合，而夹起一根直径0.5 毫米的铁丝。 该研究获得新加坡科技研究局（A*STAR）的材料研究与工程学院（IMRE）合作，并将研究 成果发表在2021年1月份《Nature Electronics》期刊上，展示了未来基於植物的科技的 前景，像是创建更敏锐的机器人抓爪（robot gripper），用来捡起可能被刚性材料抓爪 损坏的脆弱物体。未来农民可以利用此装置保护农作物避免受外物伤害。 接着，2021年3月发表在《Advanced Materials》的独立研究发现，透过使用在室温下会 逐渐从液体变为可拉伸凝胶的热凝胶（thermogel），装置可以附着在更多种类、具有不 同的表面纹理的植物上，提升信号的品质。热凝胶材料在液态下就像水一样，可以顺应植 物的形状贴合。在茎上布满绒毛的向日葵上测试时，装置的黏合强度为普通水凝胶的四到 五倍，并且接收的信号明显更强，背景杂讯更小。团队表示，改良版的装置可以黏贴在更 多类型的植物表面，且更加牢固，为基於植物的技术带来了新的机会。 另外，2016年，美国麻省理工学院（MIT）的研究团队将菠菜叶改造成感测器，当植物检 测到地下水中含有爆炸性物质时，会向科学家发送电子邮件提醒。该研究团队在植物中嵌 入了碳奈米管(carbon nanotubes)，当植物根部检测到硝基芳香剂（nitroaromatics一种 常在爆炸物中发现的化合物），就会发出信号，再由红外线相机（infrared camera）读 取该信号，并向科学家发送讯息。 --

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