Desarrollan dispositivo para ‘comunicarse’ con las plantas mediante señales eléctricas

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Un equipo de científicos dirigido por la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado un dispositivo que puede enviar señales eléctricas hacia y desde las plantas, abriendo la puerta a nuevas tecnologías que hacen uso de las plantas.

El equipo de NTU desarrolló el dispositivo de “comunicación” de su planta colocando un electrodo adaptable (una pieza de material conductor) en la superficie de una planta Venus atrapamoscas utilizando un adhesivo blando y pegajoso conocido como hidrogel.

Con el electrodo adherido a la superficie de la atrapamoscas, los investigadores pueden lograr dos cosas: captar señales eléctricas para monitorear cómo responde la planta a su entorno y transmitir señales eléctricas a la planta para hacer que cierre sus hojas.

Los científicos han sabido durante décadas que las plantas emiten señales eléctricas para detectar y responder a su entorno.

El equipo de investigación de la NTU cree que desarrollar la capacidad de medir las señales eléctricas de las plantas podría crear oportunidades para una variedad de aplicaciones útiles, como robots basados en plantas que pueden ayudar a recoger objetos frágiles o ayudar a mejorar la seguridad alimentaria mediante la detección de enfermedades en cultivos tempranos.

Sin embargo, las señales eléctricas de las plantas son muy débiles y solo se pueden detectar cuando el electrodo hace un buen contacto con las superficies de la planta.

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Las superficies peludas, cerosas e irregulares de las plantas dificultan que cualquier dispositivo electrónico de película delgada se adhiera y logre una transmisión de señal confiable.

Para superar este desafío, el equipo de NTU se inspiró en el electrocardiograma (ECG), que se utiliza para detectar anomalías cardíacas midiendo la actividad eléctrica generada por el órgano.

Como prueba de concepto, los científicos tomaron el dispositivo de ‘comunicación’ de su planta y lo conectaron a la superficie de una atrapamoscas, una planta carnívora con lóbulos foliares peludos que se cierran sobre los insectos cuando se activan.

El dispositivo tiene un diámetro de 3 mm y es inofensivo para la planta.

No afecta la capacidad de la planta para realizar la fotosíntesis mientras detecta con éxito las señales eléctricas de la planta.

Usando un teléfono inteligente para transmitir pulsos eléctricos al dispositivo a una frecuencia específica, el equipo logró que cerrara sus hojas a pedido, en 1.3 segundos.

Los investigadores también conectaron la atrapamoscas a un brazo robótico y, a través del teléfono inteligente y el dispositivo de “comunicación“, estimularon su hoja para que se cerrara y recogiera un trozo de alambre de medio milímetro de diámetro.

Sus hallazgos, publicados en la revista científica Nature Electronics demuestran las perspectivas para el diseño futuro de sistemas tecnológicos basados en plantas, dice el equipo de investigación.

Su enfoque podría conducir a la creación de pinzas robóticas más sensibles para recoger objetos frágiles que pueden resultar dañados por los rígidos actuales.

El equipo de investigación prevé un futuro en el que los agricultores pueden tomar medidas preventivas para proteger sus cultivos, utilizando el dispositivo de “comunicación” de las plantas que han desarrollado.

El autor principal del estudio, Chen Xiaodong, profesor presidente de Ciencia e Ingeniería de Materiales en NTU Singapur, dijo:

“El cambio climático está amenazando la seguridad alimentaria en todo el mundo.

Al monitorear las señales eléctricas de las plantas, podemos detectar posibles señales de socorro y anormalidades.

Cuando se usa con fines agrícolas, los agricultores pueden descubrir cuándo una enfermedad está en progreso, incluso antes de que aparezcan síntomas completos en los cultivos, como hojas amarillentas.

Esto puede brindarnos la oportunidad de actuar rápidamente para maximizar el rendimiento de los cultivos para la población.“

El profesor Chen, quien también es director del Centro Innovador para Dispositivos Flexibles (iFLEX) en NTU, agregó que el desarrollo del dispositivo de ‘comunicación’ para el monitoreo de plantas ejemplifica la visión de NTU Smart Campus, que tiene como objetivo desarrollar soluciones tecnológicamente avanzadas para un futuro sostenible.

Buscando mejorar el rendimiento de su dispositivo de ‘comunicación’ de la planta, los científicos de NTU también colaboraron con investigadores del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales (IMRE), una unidad de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación de Singapur (A*STAR).

Los resultados de este estudio separado, publicado en la revista científica Advanced Materials, encontraron que mediante el uso de un tipo de hidrogel llamado termogel, que se transforma gradualmente de líquido a gel estirable a temperatura ambiente, es posible unir su dispositivo de ‘comunicación’ de su planta a una mayor variedad de plantas (con varias texturas de superficie) y lograr una detección de señal de mayor calidad, a pesar de que las plantas se mueven y crecen en respuesta al medio ambiente.

Al elaborar este estudio, el coautor principal, el profesor Chen Xiaodong, dijo:

“El material a base de termogel se comporta como agua en su estado líquido, lo que significa que la capa adhesiva puede adaptarse a la forma de la planta antes de que se convierta en un gel.

Cuando se prueba en los tallos peludos del girasol, por ejemplo, esta versión mejorada del dispositivo de ‘comunicación’ de planta logró de cuatro a cinco veces la fuerza adhesiva del hidrogel común y registró señales significativamente más fuertes y menos ruido de fondo”.

El coautor principal del estudio de materiales avanzados y director ejecutivo de IMRE, el profesor Loh Xian Jun, dijo:

“El dispositivo ahora puede adherirse a más tipos de superficies de plantas, y de manera más segura, lo que marca un importante paso adelante en el campo de la electrofisiología de plantas.

Abre nuevas oportunidades para las tecnologías basadas en plantas”.

En el futuro, el equipo de NTU está buscando diseñar otras aplicaciones utilizando la versión mejorada del dispositivo de ‘comunicación’ de su planta.

Fuente: NTU