מכשיר פורץ דרך מקרב מדענים צעד נוסף לגידול מוצלח של צמחים בחלל

חוקרים מאוניברסיטת אילינוי Urbana-Champaign פיתחו חיישנים חדשים וגמישים ביותר המסוגלים לנטר ולשדר נתונים על גידול צמחים באופן אוטונומי, על פי מאמר שפורסם בכתב העת התקן.

חיישני הפולימר עמידים ללחות וטמפרטורה, יכולים להימתח מעל 400% תוך שהם נשארים מחוברים לצמח בזמן שהוא גדל, ולשלוח אות אלחוטי למיקום ניטור מרחוק, אמר פרופסור להנדסה כימית וביו-מולקולרית יינג דיאו, שהוביל את המחקר עם פרופסור לביולוגיה צמחית וראש המחלקה אנדרו ליקי.

המחקר מפרט כמה מהתוצאות המוקדמות של א נאס"א מענק מוענק לדיאו כדי לחקור כיצד ישמש אלקטרוניקה מודפסת לבישה כדי לאפשר חקלאות בחלל.

"עבודה זו מונעת על ידי הצרכים של אסטרונאוטים לגדל ירקות באופן בר קיימא בזמן שהם במשימות ארוכות", אמרה.

הצוות של דיאו ניגש לפרויקט הזה באמצעות מעבדה מבוססת כדור הארץ כדי ליצור מכשיר אלקטרוני אמין מאוד, הניתן למתיחה – והפיתוח שלו לא הגיע בקלות, אמרה.

"בכנות, התחלנו בעבודה הזו מתוך מחשבה שהמשימה הזו ייקח רק כמה חודשים להשתכלל. עם זאת, מהר מאוד הבנו שהפולימר שלנו נוקשה מדי", אמר סיקינג וואנג, סטודנט לתואר שני ומחבר ראשון של המחקר. "היינו צריכים לנסח מחדש הרבה מהרכיבים כדי להפוך אותם ליותר רכים וניתנים למתיחה ולהתאים את שיטת ההדפסה שלנו כדי לשלוט בהרכבת המיקרו-מבנים בתוך המכשיר, כך שלא ייצרו גבישים גדולים במהלך תהליך ההדפסה והריפוי".

הצוות נחת על מכשיר סרט דק מאוד שעוזר לרסן את צמיחת הגבישים במהלך ההרכבה וההדפסה.

פיתוח ותוצאות

"לאחר שטיפלנו בבעיות המתיחה וההרכבה, היינו צריכים להתמודד עם הבעיות הנלוות לעבודה עם אלקטרוניקה לבישה בלחות גבוהה ותחת קצבי צמיחה מהירים", אמר וואנג. "היינו זקוקים לתוצאות הניתנות לשחזור כדי שלא נוכל לגרום לחיישנים ליפול או להיכשל אלקטרונית במהלך ניסויי הצמיחה. סוף סוף הגענו לאלקטרודה וממשק חלקים שלא הושפעו מהתנאים התובעניים".

'חיישן המתח האוטונומי המבוסס על פולימר-אלקטרוניקה', או SPEARS2 – הוא תוצר של שלוש שנים של עבודה מאומצת, שהוכיחה שמדע יישומי כמעט ולא חווה רגעי אאוריקה.

"זו התקדמות טכנית מרגשת ביכולת שלנו לבצע מדידות מדויקות ולא פולשניות של צמיחת צמחים בזמן אמת. אני מצפה לראות איך זה יכול להשלים את הכלים העדכניים ביותר לחקירת תהליכים גנומיים ותאיים", אמר ליקי.

דיאו גם אמרה שהיא נרגשת לחשוף את כל הדרכים שבהן המחקר הזה ימשיך להתקדם.

לדוגמה, מחקר זה בוחן צמחים כמו תירס שגדלים בעיקר כלפי מעלה. עם זאת, החוקרים מתכננים לקדם את מתודולוגיית ההדפסה האלקטרונית שלהם כדי ליצור מערכת שתוכל לנטר את הצמיחה כלפי מעלה והחוצה.

הצוות אמר שהם גם פועלים למען היכולת לחוש ולנטר תהליכים כימיים מרחוק.

"אני חושב שקהילת מחקר האלקטרוניקה הלבישה התעלמה מצמחים יותר מדי זמן", אמר דיאו. "אנחנו יודעים שהם חווים מתח רב במהלך הסתגלות לאקלים, ואני חושב שאלקטרוניקה רכה יכולה לשחק תפקיד גדול יותר בקידום ההבנה שלנו כדי שנוכל להבטיח שצמחים יהיו בריאים, מאושרים וברי קיימא בעתיד – בין אם זה בחלל , על כוכבי לכת אחרים או ממש כאן על כדור הארץ."

נאס"א ובקמן תמכו במחקר זה.