O cientista de plantas da Universidade Estadual de Iowa, Patrick Schnable, descreveu rapidamente como mediu o tempo que dois tipos de plantas de milho levam para mover a água de suas raízes. para as folhas inferiores e, em seguida, para as folhas superiores.

Isso não era técnico, preciso, conversa de pôster. Este era um pesquisador interessado em trabalhar com novos, baixo custo, facilmente produzido, à base de grafeno, sensores em fita que podem ser fixados em plantas e podem fornecer novos tipos de dados para pesquisadores e agricultores.

"Com uma ferramenta como esta, podemos começar a criar plantas que são mais eficientes no uso de água, "disse ele." Isso é emocionante. Não podíamos fazer isso antes. Mas, uma vez que podemos medir algo, podemos começar a entendê-lo. "

A ferramenta que possibilita essas medições de água é um minúsculo sensor de grafeno que pode ser colado nas plantas - os pesquisadores o apelidaram de "sensor de tatuagem de planta". O grafeno é um material maravilhoso. É um favo de mel de carbono com apenas um átomo de espessura, é ótimo para conduzir eletricidade e calor, e é forte e estável. A tecnologia de grafeno em fita neste estudo também foi usada para produzir sensores de tensão e pressão vestíveis, incluindo sensores embutidos em uma "luva inteligente" que mede os movimentos das mãos.

Os pesquisadores descrevem os vários sensores e o "método simples e versátil para padronizar e transferir nanomateriais à base de grafeno" para criar os sensores flexíveis em um artigo apresentado na capa da edição de dezembro de 2017 do jornal Tecnologias de Materiais Avançadas .

A pesquisa foi apoiada principalmente pelo Programa de Acadêmicos do Corpo Docente do Instituto de Ciências de Plantas do Estado de Iowa.

Liang Dong, um professor associado de engenharia elétrica e de computação do estado de Iowa, é o principal autor do artigo e desenvolvedor da tecnologia. Seval Oren, um aluno de doutorado em engenharia elétrica e da computação, é um coautor que ajudou a desenvolver a tecnologia de fabricação de sensores. Os co-autores que ajudaram a testar as aplicações dos sensores são Schnable, diretor do Instituto de Ciências de Plantas do Estado de Iowa, um distinto professor Charles F. Curtiss em Agricultura e Ciências da Vida, o Presidente do Conselho de Promoção do Milho de Iowa em Genética e o Baker Scholar de Empreendedorismo Agrícola; e Halil Ceylan, um professor de civil, construção e engenharia ambiental.

"Estamos tentando fazer sensores que sejam mais baratos e de alto desempenho, "Dong disse.

Fazer isso, os pesquisadores desenvolveram um processo para fabricar padrões complexos de grafeno em fita. Dong disse que o primeiro passo é criar padrões indentados na superfície de um bloco de polímero, ou com um processo de moldagem ou com impressão 3-D. Os engenheiros aplicam uma solução de grafeno líquido ao bloco, preenchendo os padrões recuados. Eles usam fita adesiva para remover o excesso de grafeno. Em seguida, eles pegam outra tira de fita para remover os padrões de grafeno, criando um sensor na fita.

O processo pode produzir padrões precisos de até 5 milionésimos de metro de largura - apenas um vigésimo do diâmetro do cabelo humano médio. Dong disse que fazer os padrões tão pequenos aumenta a sensibilidade dos sensores.

(O processo, por exemplo, produziu uma imagem detalhada do mascote Cyclone do estado de Iowa com menos de 2 milímetros de diâmetro. "Acho que este é provavelmente o menor ciclone, "Dong disse.)

"Este processo de fabricação é muito simples, "Dong disse." Basta usar fita adesiva para fabricar esses sensores. O custo é de apenas centavos. "

No caso de estudos de plantas, os sensores são feitos com óxido de grafeno, um material muito sensível ao vapor de água. A presença de vapor d'água altera a condutividade do material, e isso pode ser quantificado para medir com precisão a transpiração (a liberação de vapor d'água) de uma folha.

Os sensores da planta foram testados com sucesso em laboratório e experimentos de campo piloto, Dong disse.

Um novo tres anos, $ 472, A doação 363 da Iniciativa de Pesquisa Agrícola e Alimentar do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos apoiará mais testes de campo de transporte de água em plantas de milho. Michael Castellano, um professor associado de agronomia do estado de Iowa e professor William T. Frankenberger em ciência do solo, vai liderar o projeto. Os co-investigadores incluem Dong e Schnable.

A Fundação de Pesquisa da Universidade Estadual de Iowa solicitou uma patente para a tecnologia de sensor. A fundação de pesquisa também concedeu a opção de comercializar a tecnologia para a EnGeniousAg - uma empresa startup da Ames cofundada por Dong, Schnable, Castellano e James Schnable, professor assistente de agronomia e horticultura na Universidade de Nebraska-Lincoln, um colaborador em outro projeto de sensor do estado de Iowa que deu início ao estabelecimento da empresa (e filho de Patrick Schnable).

"A aplicação mais emocionante dos sensores baseados em fita que testamos até agora é o sensor de planta, "Dong disse." O conceito de sensores eletrônicos vestíveis para plantas é totalmente novo. E os sensores das plantas são tão pequenos que podem detectar a transpiração das plantas, mas eles não afetarão o crescimento das plantas ou a produção agrícola. "

Mas isso não é tudo que os sensores podem fazer. A tecnologia pode "abrir um novo caminho" para uma ampla variedade de aplicações, os autores escreveram em seu artigo, incluindo sensores para diagnósticos biomédicos, para verificar a integridade estrutural dos edifícios, para monitorar o meio ambiente e, após as modificações apropriadas, para testar colheitas quanto a doenças ou pesticidas.