正如歌里面唱的那樣，「每朵玫瑰都有自己的刺」，但并不是每朵玫瑰都有電線穿過它的身體。「植物機(jī)器人」這一充滿未來感的想法正從科幻小說走向真實(shí)的世界。
瑞典的一個研究小組一直致力于研究調(diào)節(jié)植物生長的方法，他們在植物內(nèi)部設(shè)置電線，建立營養(yǎng)通道來傳送傳感器和藥物。其目的是在合適的時間，提供適量的植物激素。這樣可以更加精確地控制植物產(chǎn)出。
這個項目的目的令人激動：通過嵌入生物燃料電池，將植物變成太陽能發(fā)電站。如果一切順利，在未來，傳感器和其他設(shè)備可以收獲來自光合作用過程中(植物將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程)的電能。這樣芬芳的前景看起來并不會始于一朵毫不起眼的花園玫瑰。但電子植物的第一個成功步驟已經(jīng)開始。瑞典Link ping大學(xué)的研究團(tuán)隊邁出了重大的一步，第一次通過實(shí)驗(yàn)證明電子電路可以存在于活體植物的莖和葉中。該研究成果發(fā)表在2015年11月20日的《科學(xué)進(jìn)展》上。
他們在玫瑰莖內(nèi)置有10厘米長的電線，將葉子變成了能按需改變色彩深淺的片狀電子顯示器。他們還基于內(nèi)嵌的電線創(chuàng)建了晶體管——這是現(xiàn)代電子學(xué)核心的基本開關(guān)。
「在某種意義上，我們?yōu)橹参镆肓艘粋€神經(jīng)系統(tǒng)。」瑞典Link ping大學(xué)有機(jī)電子學(xué)教授Magnus Berggren說。
但是研究人員并沒有為了植入電線而對玫瑰花做一些弗蘭肯斯坦般的手術(shù)。相反，他們采用的是植物自然系統(tǒng)的管道(木質(zhì)部)，這是植物將水和養(yǎng)分從根輸送到莖、葉和鮮花的管道。
這個團(tuán)隊的早期嘗試是用導(dǎo)電聚合物電線通過木質(zhì)部，結(jié)果導(dǎo)致木質(zhì)部被堵塞，或植物表現(xiàn)出嚴(yán)重的毒性反應(yīng)。但是研究者們最終發(fā)現(xiàn)液體包含有稱為聚乙烯的高分子聚合物，也稱為PEDOT。這種聚合物隨時可以被木質(zhì)部吸收并均勻分布到植物體每個部分。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，它最終將形成一個固體電線，能夠傳輸電力。這種「木質(zhì)部電線」的存在還能給植物生存提供必要的水分和養(yǎng)分。
Berggren解釋溶液是怎樣溶解掉PEDOT中的S:H化學(xué)鍵，也就是一種PEDOT的化學(xué)變化，它在木質(zhì)部的維管通道和延遲的免疫反應(yīng)的共同幫助下，能夠形成固體電線。
過了一段時間，植物對這個未知的物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。一個對病原體或有毒物質(zhì)的常見反應(yīng)，包括單價和二價離子的交換。二價離子的增加，促進(jìn)自我組織和實(shí)際木質(zhì)部內(nèi)壁電線的形成。從某種意義上說，植物幫助我們將導(dǎo)電和電子器件的分布同木質(zhì)部內(nèi)壁的膜的形成分開。
木質(zhì)部電線的成功創(chuàng)建還允許研究人員在植物內(nèi)部創(chuàng)建「有機(jī)電化學(xué)晶體管」;這些晶體管將化學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。這種晶體管可以形成更復(fù)雜植物機(jī)器人的基本硬件設(shè)備。團(tuán)隊甚至用植物電路來演示數(shù)字邏輯門電路，來執(zhí)行更復(fù)雜的電子和計算機(jī)操作。
其他實(shí)驗(yàn)把玫瑰花的葉子變成了逼真的電子顯示屏。瑞典研究人員通過一個充滿了不同PEDOT溶液的注射器，將一片樹葉封裝起來。當(dāng)注射器的柱塞拔出，它創(chuàng)建了一個真空，通過葉表面的氣孔，吸入樹葉周圍的氣體。一旦注射器柱塞往下推，PEDOT溶液就會沖進(jìn)毛孔填補(bǔ)樹葉靜脈之間的空間。
結(jié)果是葉內(nèi)的導(dǎo)電材料拼在一起，形成一個不完整的網(wǎng)絡(luò)。研究人員將樹葉夾在PEDOT膜之間，使其與樹葉內(nèi)部的PEDOT創(chuàng)建電氣接觸。這使得團(tuán)隊能遠(yuǎn)程操作葉子內(nèi)部的材料，在較明或較暗模式之間改變它們的顏色。明暗之間的切換大約需要20秒。研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種模式，無論是光明或黑暗，都將持續(xù)大約10分鐘。
Berggren說，在這個實(shí)驗(yàn)里，研究者主要研究了切下的玫瑰莖葉，但這個成果還可幫助創(chuàng)造出其他電子植物。玫瑰的基本結(jié)構(gòu)與那些較大的植物(比如樹)類似，這意味著，樹在理論上也可成為有生命的「植物機(jī)器人」。
京公網(wǎng)安備 11010502049343號