Группе ученых из Швеции впервые в истории удалось создать функционирующие электронные схемы непосредственно внутри живых растений. В конечном счете, такой подход позволит фермерам контролировать рост сельскохозяйственных культур, управлять временем их цветения и созревания. Кроме этого, интегрированная в растения электроника позволит черпать и использовать энергию, вырабатываемую растениями и деревьями, не вырубая их и не сжигая их в качестве топлива, а подключившись к естественному механизму фотосинтеза, который реализован природой с максимальным уровнем эффективности.
Растение с электронной схемой
Идея, которая была реализована группой из Линшьопингского университета (Linkoping University), возглавляемой Магнусом Берггрентом (Magnus Berggren), заключается в использовании особенностей внутренней структуры растений для превращения некоторых ее элементов в элементы электронных схем. Основным элементом этих схем стали электрические проводники из гибких органических материалов, которые «собирались на внутренней стороне ксилем растений, внутренних каналов, по которым вода поступает от корней в верхнюю часть и листья растения. Этого ученым удалось добиться путем растворения в воде для полива необходимых химических компонентов.
Ученые перепробовали более десятка различных вариантов полимерных материалов, однако, все эти материалы или закупоривали «водопроводные» каналы растений или не «собирались» в электрические проводники. Наконец очередь дошла до материала под названием PEDOT-S:H, который представляет собой цепочки из коротких токопроводящих органических молекул. В структуре этого материала группа, содержащая атомы серы имеет несколько «рук», содержащих атомы водорода, которые образуют устойчивые химические связи с другими подобными молекулами.
Растения, в данном случае розы, успешно «втянули» растворенные в воде короткие полимерные цепочки PEDOT-S:H, которые соединились внутри растений в цепочки, длина которых в некоторых случаях составляла порядка 10 сантиметров. Подключив электроды к нижней и верхней частям растений, ученые определили, что внутри каналов растений успешно сформировались электрические проводники из молекул PEDOT-S:H, имеющие достаточно высокую электрическую проводимость.
Получив в свое распоряжение части будущей электронной схемы, ученые разместили на участках поверхности стеблей и листьев другие электронные компоненты, транзисторы, способные управлять электрическим током. Эти транзисторы могут работать в качестве датчиков, получающих информацию о различных процессах, происходящих внутри растений. Кроме этого, при помощи транзисторов можно контролировать циркулирующие внутри растений электрические токи, управляя «работой» организма растения. К примеру, переключая транзисторы, расположенные в определенных местах, можно заставить участок поверхности растения изменить свой цвет, превратив растение в целом в нечто наподобие живого дисплея.
Ученые видят массу возможных вариантов использования разработанных ими технологий. Несколько таких растений-киборгов, высаженных в различны местах сельскохозяйственных угодий, могут при помощи своих датчиков сообщать фермерам о выработке растениями гормонов, которые указывают на процесс цветения или другие изменения в организме растения. Обладание такой информацией позволит фермерам выбрать наилучшую стратегию орошения угодий и обработки культур для получения максимальной урожайности. А контролируя функции организмов растений, фермеры получат возможность задержать начало процесса цветения, к примеру, в случае угрозы резкого похолодания. Кроме этого, в более отдаленном будущем можно будет задействовать естественные процессы фотосинтеза растений для прямого производства электрической энергии, что позволит людям использовать энергию солнечного света, не нанося природе ни малейшего ущерба.