让植物“张嘴说话”！新加坡“植物机器人”可成为环境探测器促进农业生产

来源：机器人大讲堂

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科幻小说都不敢这么写。

植物也能“联网”？科幻小说都不会这么写，不过这让科学家做到了!

 

由新加坡南洋理工大学（NTU）领导的一个科学家团队开发了一种可以向植物发送电信号和从植物接收电信号的装备，为利用植物的新技术打开了大门。团队的发现于今年刊登于国际知名科学期刊《自然》属下的《自然·电子学》（Nature Electronics）。

研究团队部分成员，左二为ChenXiaodong 教授，来源：ntu

 

研究团队以肉食植物捕蝇草（Venus flytrap plant）为主，历经四年研发出这种植物“沟通”装置。装置可监测植物的健康状态，不会伤害植物或影响植物的光合作用。这也是世界上首个研究捕蝇草信号的科学团队。

用手机控制捕蝇草机器人

 

捕蝇草，是自然界中少数的几种食肉植物之一，它们的叶片上有多根触角，一旦有昆虫触碰到这些触角，叶片就会在不到一秒的时间里合拢，将小昆虫关在其中，直到它被叶片中的腺体分泌出来的消化液消化掉。有时连青蛙或小鸟等动物都会成为它们的腹中物。

植物发出的信号很微弱，叶面毛茸茸又有蜡，一般来说很难连接到能导电的电极上。而NTU团队则开发了他们的植物“通信”设备，使用一种叫做水凝胶的柔软粘性粘合剂，在捕蝇草植物表面附着一个贴合电极，从而实现导电。

 

功能展示，来源：NTU

 

相较于普通的水凝胶，新研发的热敏水凝胶粘性要高四五倍，可粘在不规则的植物表面。热敏水凝胶的可塑性也更佳，室温下能在30秒内从水状液体变成可拉伸的固体，能轻易、紧密的附在植物表面，不仅信号接收能力提高了2.5倍，还能轻易拆掉。

 

电极的直径仅为3毫米，对植物无害，不影响植物进行光合作用的能力。有了附着在捕蝇草表面的电极，研究人员可以拾取电信号以监控植物对环境的反应，并将电信号传输到植物，使其关闭叶子。

 

在实验中，研究团队将捕蝇草固定在机械手臂上，成为一个植物机器人。接到信号后，植物机器人可夹起一条直径0.5毫米的铁丝。相较普通机械手臂，植物机器人能拾起更加脆弱、易碎的物品。团队也希望能设计仿真捕蝇草，完善这款植物机器人。

捕蝇草机器人捡起铂金属丝

捕蝇草机器人抓砝码

 

除此之外，研究团队也希望植物沟通装置能成为有生命的传感器。

 

植物对环境的变化十分敏感，如有污染，便可通过植物的电信号进行探测，成为环境探测器。这款装置也可提前探测植物异常，预防疾病，提高农业收成，确保粮食安全。

 

来源：nature

 

南洋理工大学材料科学与工程学院的陈晓东教授表示，“气候变化正在威胁全世界的粮食安全。通过监测植物的电信号，可能能够检测到潜在求救信号和异常情况。用于农业，农民可以发现疾病何时发展。”

新加坡主要食品供应来源地，来源：早报

 

新加坡政府在2019年推出“30·30”愿景，计划用10年时间逐步提高本国食品产量，减少食品进口依赖，并在2030年让本地出产的农产品满足国人三成的营养需求。我们也期待该研究成果在实际农业生产中的应用。

 

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参考文献:

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

编辑：黄继彦