Welkom bij Moderne landbouw !

Planttattoosensoren meten het waterverbruik in maïs

Als plantwetenschapper van de Iowa State University, Patrick Schnable werkt met goedkope, op grafeen gebaseerde sensoren die aan planten kunnen worden bevestigd. De technologie meet de tijd die twee soorten maïsplanten nodig hebben om water van hun wortels te verwijderen, naar hun onderste bladeren, en dan naar hun bovenste bladeren. De verzamelde informatie zal onderzoekers en boeren nieuwe soorten gegevens opleveren.

“Met een tool als deze, we kunnen beginnen met het kweken van planten die efficiënter zijn in het gebruik van water, " hij zegt. “Dat is spannend. We konden dit niet eerder doen. Zodra we iets kunnen meten, we kunnen het beginnen te begrijpen.”

Nagesynchroniseerd met de plantsensortattoo, de technologie is ontwikkeld door Liang Dong, een Iowa State universitair hoofddocent elektrische en computertechniek, om deze watermetingen mogelijk te maken. Seval Oren, een doctoraatsstudent in elektrotechniek en computertechniek, hielp ook bij de ontwikkeling van de sensorfabricagetechnologie. Schnable, samen met Halil Ceylan, een professor in de civiele, bouw, en milieutechniek, geholpen bij het testen van toepassingen van de sensoren.

spannende technologie voor onderzoekers

Voor het eerst ontdekt in 2004, grafeen is gemaakt van honingraatplaten van koolstof van slechts één atoom dik. De eigenschappen ervan zijn opwindende onderzoekers omdat ze sterk en stabiel zijn, dun, bijna volledig transparant, extreem licht, en een geweldige geleider van elektriciteit en warmte.

“We proberen sensoren te maken die goedkoper zijn en toch goed presteren, ', zegt Dong.

Om dat te doen, het team ontwikkelde een proces voor het vervaardigen van ingewikkelde grafeenpatronen op tape. De eerste stap, Dong legt uit, maakt ingesprongen patronen op het oppervlak van een polymeerblok, hetzij met een gietproces of met 3D-printen. Ingenieurs brengen een vloeibare grafeenoplossing op het blok aan, het vullen van de ingesprongen patronen. Ze gebruiken tape om het overtollige grafeen te verwijderen en nemen dan nog een strook tape om de grafeenpatronen weg te trekken, die een sensor op de band creëert.

Het proces kan nauwkeurige patronen produceren van slechts 5 miljoenste van een meter breed. De patronen zo klein maken, Dong zegt, verhoogt de gevoeligheid van de sensoren.

“Dit fabricageproces is eenvoudig. Je gebruikt gewoon tape om deze sensoren te maken. De kosten zijn centen, " hij zegt.

Transpiratie volgen

Bij plantenstudies de sensoren zijn gemaakt met grafeenoxide, een materiaal dat zeer gevoelig is voor waterdamp. “De aanwezigheid van waterdamp verandert de geleidbaarheid van het materiaal, die kan worden gekwantificeerd om de transpiratie van een blad nauwkeurig te meten, ’ legt Dong uit.

Met succes getest in laboratorium- en proefveldexperimenten, een driejarige $ 472, 363-subsidie van het Agriculture and Food Research Initiative van de USDA zal meer veldtesten van watertransport in maïsplanten ondersteunen. Michael Castellano, een Iowa State universitair hoofddocent agronomie, en William T. Frankenberger, hoogleraar bodemkunde, zal het project leiden. Dong en Schnable zullen als co-onderzoekers optreden.

naar de markt gaan

De Iowa State University Research Foundation heeft patent aangevraagd op de sensortechnologie.

Het heeft ook een optie verleend om de technologie te commercialiseren aan EnGeniousAg, een Ames, Iowa, beginnen. Het werd opgericht door Dong, Schnable, Castellano, en James Schnable, een assistent-professor agronomie en tuinbouw aan de Universiteit van Nebraska-Lincoln, een medewerker van een ander Iowa State-sensorproject dat leidde tot de oprichting van het bedrijf.

“Het concept van draagbare elektronische sensoren voor planten is gloednieuw, ', zegt Dong. “De meest opwindende toepassing van de op tape gebaseerde sensoren die we tot nu toe hebben getest, zijn de plantsensoren. De plantsensoren zijn zo klein dat ze transpiratie van planten kunnen detecteren, maar ze hebben geen invloed op de plantengroei of de gewasproductie.”

Dat is niet alles wat de sensoren kunnen doen.

Ze kunnen ook nieuwe deuren openen voor een breed scala aan andere toepassingen, waaronder sensoren voor biomedische diagnostiek, voor het controleren van de structurele integriteit van gebouwen, en voor het bewaken van de omgeving. Na wat aanpassingen, de sensoren kunnen worden gebruikt voor het testen van ziekten of pesticiden in gewassen.