讓植物“張嘴說話”！新加坡“植物機器人”可成為環境探測器促進農業生產

來源：機器人大講堂

植物也能“聯網”？科幻小說都不會這么寫，不過這讓科學家做到了!

由新加坡南洋理工大學（NTU）領導的一個科學家團隊開發了一種可以向植物發送電信號和從植物接收電信號的裝備，為利用植物的新技術打開了大門。團隊的發現于今年刊登于國際知名科學期刊《自然》屬下的《自然·電子學》（Nature Electronics）。

研究團隊部分成員，左二為ChenXiaodong 教授，來源：ntu

研究團隊以肉食植物捕蠅草（Venus flytrap plant）為主，歷經四年研發出這種植物“溝通”裝置。裝置可監測植物的健康狀態，不會傷害植物或影響植物的光合作用。這也是世界上首個研究捕蠅草信號的科學團隊。

用手機控制捕蠅草機器人

捕蠅草，是自然界中少數的幾種食肉植物之一，它們的葉片上有多根觸角，一旦有昆蟲觸碰到這些觸角，葉片就會在不到一秒的時間里合攏，將小昆蟲關在其中，直到它被葉片中的腺體分泌出來的消化液消化掉。有時連青蛙或小鳥等動物都會成為它們的腹中物。

植物發出的信號很微弱，葉面毛茸茸又有蠟，一般來說很難連接到能導電的電極上。而NTU團隊則開發了他們的植物“通信”設備，使用一種叫做水凝膠的柔軟粘性粘合劑，在捕蠅草植物表面附著一個貼合電極，從而實現導電。

功能展示，來源：NTU

相較于普通的水凝膠，新研發的熱敏水凝膠粘性要高四五倍，可粘在不規則的植物表面。熱敏水凝膠的可塑性也更佳，室溫下能在30秒內從水狀液體變成可拉伸的固體，能輕易、緊密的附在植物表面，不僅信號接收能力提高了2.5倍，還能輕易拆掉。

電極的直徑僅為3毫米，對植物無害，不影響植物進行光合作用的能力。有了附著在捕蠅草表面的電極，研究人員可以拾取電信號以監控植物對環境的反應，并將電信號傳輸到植物，使其關閉葉子。

在實驗中，研究團隊將捕蠅草固定在機械手臂上，成為一個植物機器人。接到信號后，植物機器人可夾起一條直徑0.5毫米的鐵絲。相較普通機械手臂，植物機器人能拾起更加脆弱、易碎的物品。團隊也希望能設計仿真捕蠅草，完善這款植物機器人。

捕蠅草機器人撿起鉑金屬絲

捕蠅草機器人抓砝碼

除此之外，研究團隊也希望植物溝通裝置能成為有生命的傳感器。

植物對環境的變化十分敏感，如有污染，便可通過植物的電信號進行探測，成為環境探測器。這款裝置也可提前探測植物異常，預防疾病，提高農業收成，確保糧食安全。

來源：nature

南洋理工大學材料科學與工程學院的陳曉東教授表示，“氣候變化正在威脅全世界的糧食安全。通過監測植物的電信號，可能能夠檢測到潛在求救信號和異常情況。用于農業，農民可以發現疾病何時發展。”

新加坡主要食品供應來源地，來源：早報

新加坡政府在2019年推出“30·30”愿景，計劃用10年時間逐步提高本國食品產量，減少食品進口依賴，并在2030年讓本地出產的農產品滿足國人三成的營養需求。我們也期待該研究成果在實際農業生產中的應用。

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參考文獻:

1. An on-demand plant-based actuatorcreatedusing conformable electrodes, nature electronics

2. NTU Singapore scientists developdevice to 'communicate' with plants using electrical signals， NTU media release

3. https://www.nature.com/articles/s41928-020-00530-4