Вот что шпинат может рассказать нам об окружающей среде
В начале февраля 2021 года широко сообщалось, что исследователи из Массачусетского технологического института разработали способ для шпината, зеленого листового растения, отправлять электронные письма. Эта идея захватила воображение пользователей Интернета по всему миру, и многие пользователи Twitter упиваются шпинатом, шутками и мемами по электронной почте.
Помимо этого, интересна идея о том, что мы можем использовать естественные процессы, чтобы больше рассказать нам о климате. Итак, давайте выясним, действительно ли шпинат может отправлять вам электронные письма.
Что показало исследование?
Исследование, опубликованное в научном журнале Nature в 2016 году учеными из отдела химической инженерии Массачусетского технологического института, показало, что можно использовать живые растения шпината для передачи данных об окружающей среде. В этом эксперименте использовалась растительная нанобионика – процесс, при котором пара флуоресцентных наносенсоров ближнего инфракрасного диапазона была встроена в мезофилл растения. Это небольшой участок между поверхностями листа растения, где происходит фотосинтез.
Эти сенсоры представляют собой однослойные углеродные нанотрубки, также называемые ОСУНТ. Они были связаны с пептидом бомболитином II и были разработаны для распознавания нитроароматических соединений, которые обычно встречаются во взрывчатых веществах и других промышленных продуктах. Первоначальной целью этого исследования было выяснить, можем ли мы использовать растения для обнаружения скрытых под землей взрывчатых веществ и оружия.
Другие ОСНТ использовались для генерации опорных сигналов. Растения берут питательные вещества и воду из земли, в конечном итоге переносят их через стебель в лист. Когда нитроароматические соединения попадают в растение, они попадают в мезофилл, где датчики могут их обнаружить. Они могут сделать это с помощью флуоресцентной визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR), неинвазивного процесса, обычно используемого для визуализации структур глубоких тканей.
Может ли шпинат действительно послать вам электронное письмо?
Чтобы сделать процесс максимально удобным для пользователя, исследователи посмотрели, можно ли использовать повседневную электронику, такую как смартфоны или Raspberry Pi, для обнаружения инфракрасных сигналов датчиков. В рамках эксперимента они использовали Raspberry Pi с модулем камеры CCD без инфракрасного фильтра. Модуль камеры 5MP мог эффективно контролировать SWCNT на заводе.
Как сообщает euronews living , подключенный к Интернету Raspberry Pi был запрограммирован на отправку исследователям регулярных флуоресцентных изображений по электронной почте. Проверив возможность создания недорогой системы мониторинга, они смогли показать, что установка на основе Raspberry Pi может обеспечить дальнейший автоматический мониторинг среды в реальном времени. Это становится еще более привлекательным, поскольку заводские SWCNT питаются от естественного испарения, а не от специального источника питания.
Несмотря на положительные результаты, исследователи отметили, что использование нанобионики, а не генной инженерии, представляет проблему масштабируемости. Датчики необходимо встраивать в живое растение вручную; трудоемкий процесс. Если бы в подобном методе использовалась генная инженерия, растение можно было бы в больших количествах модифицировать перед выращиванием.
В настоящее время это полезный механизм, который стоит изучить, хотя на данном этапе вряд ли можно будет использовать крупномасштабные приложения. Одним из преимуществ метода, использованного в эксперименте, является то, что он не требует ручного сбора данных. Вместо этого информация может передаваться по беспроводной сети на небольшие компьютеры, такие как Raspberry Pi.
Возможно, до этого еще далеко, но авторы статьи предполагают, что однажды можно будет использовать дикорастущие растения для сбора экологических данных на обширных территориях, таких как города, объекты с высоким уровнем безопасности и даже вокруг вашего дома.
Будущее на основе растений
Хотя вы еще не можете получать электронные письма от живых растений шпината, это все же захватывающее событие. В продолжение закона Мура вычислительное оборудование быстро становится дешевле и меньше, и его можно использовать в более широком диапазоне обстоятельств. Как и те, что использовались в исследовании, маленькие датчики представляют собой более общее движение к более умной планете.
Это объединяет возможности подключения, предлагаемые сетями 5G, с устройствами Интернета вещей (гаджетами и датчиками, подключенными к Интернету) для мониторинга мира вокруг нас. Если исследователи продолжат экспериментировать с этими типами систем обратной связи, мы сможем лучше понять наше влияние на окружающую среду и вклад в изменение климата.