突破性的高柔性傳感器裝置讓科學家離成功在太空種植植物更近了一步

據美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員在《設備》雜志上發表論文稱，他們研發出了一種新型高柔性傳感器，能夠自主監測和傳輸植物生長數據。該校化學與生物分子工程教授刁瑩與植物生物學教授兼系主任安德魯·利基共同領導了這項研究。利基表示，這種聚合物傳感器對濕度和溫度有很好的適應性，在植物生長過程中可以伸縮400%以上，并能向遠程監控地點發送無線信號。

這項研究詳細介紹了美國國家航空航天局授予刁瑩的一項資助的部分早期成果，該資助旨在研究如何利用可穿戴印刷電子設備實現太空農業開發。她表示這項工作的動機是宇航員在執行長期任務時需要可持續地種植蔬菜。

團隊利用一個地球實驗室來開展這個項目，目的是研發一種高度可靠的可拉伸電子設備。

“老實說，我們在開始這項工作時認為，這項任務只需要幾個月就能完善。然而，我們很快就意識到，我們的聚合物太硬了。”該研究的第一作者、研究生王思清說，“我們不得不重新配制很多成分，使它們更柔軟、更有伸縮性，并調整我們的打印方法，控制裝置內部微結構的組裝，使它們在打印和固化過程中不會形成大晶體。”

研究小組找到了一種非常薄的薄膜裝置，有助于在組裝和打印過程中抑制晶體生長。

“在解決了拉伸性和組裝問題之后，我們必須解決在高濕度和快速生長條件下使用可穿戴電子設備所帶來的問題。”王思清說，“我們需要可重現的結果，這樣在生長實驗過程中就不會出現傳感器脫落或電子故障。我們最終找到了一種不受苛刻條件影響的無縫電極和接口。”

基于可伸縮聚合物和電子器件的自主遠程應變傳感器是3年艱苦工作的成果，證明了應用科學很少有“尤里卡時刻”。

這項研究關注的是玉米等主要向上生長的植物。不過，研究人員計劃改進他們的電子打印方法，以創建一個可以監測向上和向外生長的系統。

研究小組表示，他們還在努力提高遠程感知和監控化學過程的能力。

“我認為可穿戴電子產品研究界忽視植物的時間太長了。”刁瑩說，“我們知道，植物在適應氣候的過程中承受著巨大的壓力，我認為軟電子產品可以在促進我們的理解方面發揮更大的作用，這樣我們就能確保植物在未來健康、快樂和可持續地發展，無論是在太空、其他星球還是在地球上。”（綜合整理報道）（策劃/羅媛）