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植入传感器玫瑰花也能变身机器人

发布时间:2019-08-15 19:13:37

  正如歌里面唱的那样, 每朵玫瑰都有自己的刺 ,但并不是每朵玫瑰都有电线穿过它的身体。 植物机器人 这一充满未来感的想法正从科幻小说走向真实的世界。

  瑞典的一个研究小组一直致力于研究调节植物生长的方法,他们在植物内部设置电线,建立营养通道来传送和药物。其目的是在合适的时间,提供适量的植物激素。这样可以更加精确地控制植物产出。

  这个项目的目的令人激动:通过嵌入生物燃料电池,将植物变成太阳能发电站。如果一切顺利,在未来,传感器和其他设备可以收获来自光合作用过程中(植物将光能转化为化学能的过程)的电能。这样芬芳的前景看起来并不会始于一朵毫不起眼的花园玫瑰。但电子植物的第一个成功步骤已经开始。瑞典Linkping大学的研究团队迈出了重大的一步,第一次通过实验证明电子电路可以存在于活体植物的茎和叶中。该研究成果发表在2015年11月20日的《科学进展》上。

  他们在玫瑰茎内置有10厘米长的电线,将叶子变成了能按需改变色彩深浅的片状电子显示器。他们还基于内嵌的电线创建了晶体管 这是现代电子学核心的基本开关。

  在某种意义上,我们为植物引入了一个神经系统。 瑞典Linkping大学有机电子学教授Magnus Berggren说。

  但是研究人员并没有为了植入电线而对玫瑰花做一些弗兰肯斯坦般的手术。相反,他们采用的是植物自然系统的管道(木质部),这是植物将水和养分从根输送到茎、叶和鲜花的管道。

  这个团队的早期尝试是用导电聚合物电线通过木质部,结果导致木质部被堵塞,或植物表现出严重的毒性反应。但是研究者们最终发现液体包含有称为聚乙烯的高分子聚合物,也称为PEDOT。这种聚合物随时可以被木质部吸收并均匀分布到植物体每个部分。此外,他们还发现,它最终将形成一个固体电线,能够传输电力。这种「木质部电线」的存在还能给植物生存提供必要的水分和养分。

  Berggren解释溶液是怎样溶解掉PEDOT中的S:H化学键,也就是一种PEDOT的化学变化,它在木质部的维管通道和延迟的免疫反应的共同帮助下,能够形成固体电线。

  过了一段时间,植物对这个未知的物质产生反应。一个对病原体或有毒物质的常见反应,包括单价和二价离子的交换。二价离子的增加,促进自我组织和实际木质部内壁电线的形成。从某种意义上说,植物帮助我们将导电和电子器件的分布同木质部内壁的膜的形成分开。

  木质部电线的成功创建还允许研究人员在植物内部创建「有机电化学晶体管」;这些晶体管将化学信号转换成电信号输出。这种晶体管可以形成更复杂植物机器人的基本硬件设备。团队甚至用植物电路来演示数字逻辑门电路,来执行更复杂的电子和计算机操作。

  其他实验把玫瑰花的叶子变成了逼真的电子显示屏。瑞典研究人员通过一个充满了不同PEDOT溶液的注射器,将一片树叶封装起来。当注射器的柱塞拔出,它创建了一个真空,通过叶表面的气孔,吸入树叶周围的气体。一旦注射器柱塞往下推,PEDOT溶液就会冲进毛孔填补树叶静脉之间的空间。

  结果是叶内的导电材料拼在一起,形成一个不完整的络。研究人员将树叶夹在PEDOT膜之间,使其与树叶内部的PEDOT创建电气接触。这使得团队能远程操作叶子内部的材料,在较明或较暗模式之间改变它们的颜色。明暗之间的切换大约需要20秒。研究人员还发现了一种模式,无论是光明或黑暗,都将持续大约10分钟。

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