|
 Đang trực tuyến :
19 |
|
 Số lượt truy cập :
33222881 |
|
|
|
|
|
Sáng kiến tạo cảm biến gắn vào cây, cho phép đo lường lượng nước sử dụng
Thứ tư, 17-01-2018 | 08:21:09
|
|
Các nhà nghiên cứu thuộc đại học Bang Iowa phát triển “cảm biến hình xăm trên cây” để xác định thời gian thực tế và đo trực tiếp việc sử dụng nước ở cây trồng. Nguồn: Liang Dong/Đại học Bang Iowa
Nhà khoa học cây trồng Đại học bang Iowa, Patrick Schnable, nhanh chóng miêu tả cách ông đo thời gian cần cho hai loại cây bắp để lấy nước từ rễ, đưa đến lá tầng dưới và sau đó lên lá tầng trên.
Đây là một nghiên cứu quan tâm đến việc tạo ra các thiết bị cảm biến trên graphene với chi phí thấp, dễ sản xuất, có thể gắn vào thực vật và cung cấp các loại dữ liệu mới cho các nhà nghiên cứu và nông dân.
Ông nói: "Với một công cụ như thế này, chúng ta có thể bắt đầu nhân giống các cây trồng có hiệu quả hơn trong việc sử dụng nước. "Thật thú vị, chúng tôi không thể làm được điều này trước đây, nhưng một khi chúng ta có thể đo lường được điều gì đó, chúng ta có thể bắt đầu hiểu được nó".
Công cụ cho phép đo lượng nước có thể là một cảm biến graphene nhỏ bé được gắn vào cây - các nhà nghiên cứu đã gọi nó là "bộ cảm biến hình xăm trên cây". Graphene là một chất liệu kỳ diệu. Đó là lớp cacbon mạng hình tổ ong có độ dày bằng một nguyên tử, rất hữu ích khi điều khiển điện và nhiệt, bởi tính mạnh mẽ và ổn định của nó. Công nghệ “graphene-on-tape” trong nghiên cứu này cũng đã được sử dụng để sản xuất cảm biến áp suất và bộ quá tải có thể đeo được (wearable strain), bao gồm các cảm biến được gắn vào một "găng tay thông minh" để đo vận động của tay.
Các nhà nghiên cứu đã mô tả các cảm biến khác nhau và "phương pháp đơn giản và linh hoạt cho việc mô phỏng và chuyển các vật liệu nano graphene" để tạo ra những cảm biến linh hoạt trong bài báo trên trang bìa của tạp chí Advanced Materials Technologies tháng 12 năm 2017.
Nghiên cứu này chủ yếu được hỗ trợ bởi Chương trình Học giả của Viện Khoa học Thực vật Đại học bang Iowa.
Liang Dong, giáo sư về kỹ thuật điện và máy tính của Đại học Iowa, là tác giả chính của bài báo và nhà phát triển công nghệ. Seval Oren, một nghiên cứu sinh về điện và kỹ thuật máy tính, là đồng tác giả đã giúp phát triển công nghệ chế tạo cảm biến. Các đồng tác giả đã giúp kiểm tra các ứng dụng của các cảm biến này là Schnable, giám đốc Viện Khoa học Thực vật bang Iowa, Giáo sư Charles F. Curtiss về Nông nghiệp và Khoa học Ðời sống, Ban Quyên góp và Quảng bá Ngô trong Di truyền Đại học Iowa và Học giả Baker về Doanh nhân Nông nghiệp ; và Halil Ceylan, giáo sư về xây dựng dân dụng, kỹ sư môi trường.
"Chúng tôi đang cố gắng để làm cho giá thành cảm biến rẻ hơn mà vẫn có hiệu suất cao", Dong nói.
Để làm được điều đó, các nhà nghiên cứu đã phát triển một quy trình chế tạo những mẫu graphene phức tạp trên dây băng. Dong cho biết bước đầu tiên là tạo ra các mẫu bề mặt lõm trong khối polymer, với quá trình đúc khuôn in 3 chiều. Các nhà chế tạo đưa graphene dạng lỏng vào khối, lắp đầy các chỗ lõm. Họ sử dụng dây băng để loại bỏ các graphene dư thừa. Sau đó, lấy một dải băng khác để lấy mẫu graphene, tạo ra cảm biến trên dây băng.
Quá trình này có thể tạo ra các mô hình chính xác chỉ bằng năm phần triệu của một mét rộng – tương đương một phần hai mươi đường kính sợi tóc con người. Dong nói rằng việc tạo ra các mô hình quá nhỏ làm tăng độ nhạy cảm của các cảm biến.
(Ví dụ, quá trình này đã tạo ra một hình ảnh chi tiết về linh vật Cyclone (Lốc xoáy) của Bang Iowa với kích thước nhỏ hơn 2mm "Tôi nghĩ đây có lẽ là trận Lốc xoáy nhỏ nhất", Dong nói).
"Quá trình chế tạo này rất đơn giản", "Bạn chỉ cần sử dụng dây băng để sản xuất các cảm biến này. Chi phí chỉ vài cent".
Trong trường hợp nghiên cứu thực vật, các cảm biến được làm bằng graphene oxide, một vật liệu rất nhạy với hơi nước. Sự có mặt của hơi nước làm thay đổi độ dẫn của vật liệu và có thể định lượng được để đo chính xác lượng hơi nước thoát ra từ lá.
Theo Dong, các cảm biến của cây đã được thử nghiệm thành công trong các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm và thực nghiệm thí điểm.
Một khoản hỗ trợ mới trong ba năm, $ 472,363 từ Sáng kiến Nghiên cứu Nông nghiệp và Thực phẩm Nông nghiệp của Bộ Nông nghiệp Mỹ sẽ hỗ trợ thử nghiệm thêm về vận chuyển nước trên cây bắp. Michael Castellano, giáo sư nông học của Bang Iowa và giáo sư William T. Frankenberger ngành Khoa học đất, sẽ dẫn dắt dự án cùng với Dong và Schnable.
Quỹ Nghiên cứu Đại học bang Iowa đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế về công nghệ cảm biến. Cơ sở nghiên cứu cũng đã đưa ra một lựa chọn để thương mại hoá công nghệ này cho EnGeniousAg - một công ty khởi nghiệp Ames do Dong, Schnable, Castellano và James Schnable (Đại học Nebraska-Lincoln), cộng tác viên trong một dự án cảm biến khác của Đại học Bang Iowa khởi sự thành lập công ty (và con trai của Patrick Schnable).
"Ứng dụng thú vị nhất của các cảm biến dựa trên dây băng mà chúng tôi đã thử nghiệm cho đến nay là cảm biến cây trồng", Dong nói. “Khái niệm cảm biến điện tử có thể đeo được cho cây trồng là thương hiệu mới. Và cảm biến này rất nhỏ bé, chúng có thể phát hiện sự thoát hơi nước của cây, nhưng chúng sẽ không ảnh hưởng đến sự phát triển hay năng suất cây trồng".
Nhưng đó không phải là tất cả các cảm biến có thể làm được. Công nghệ này có thể "mở ra một hướng mới" cho nhiều ứng dụng khác nhau, các tác giả đã viết trong bài báo của họ, bao gồm các cảm biến chẩn đoán sinh học, để kiểm tra tính toàn vẹn về cấu trúc, theo dõi môi trường và sau những sửa đổi thích hợp để kiểm tra bệnh cây hoặc thuốc trừ sâu.
Đỗ Thị Thanh Trúc theo Sciencedaily. |
Trở lại
In
Số lần xem: 2975
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
.jpg "Sáng kiến tạo cảm biến gắn vào cây, cho phép đo lường lượng nước sử dụng")
