Současné senzory nestačí. Vědci navrhují novou cestu ke sledování zdraví rostlin

Ačkoliv moderní zemědělství potřebuje vycházet z přesných dat o půdních, rostlinných i environmentálních podmínkách v reálném čase, cenově dostupná, dostatečně citlivá a zároveň robustní monitorovací zařízení pro tento účel v současné době chybí. Jako vhodné řešení se podle vědců nabízí nízkonákladové senzory založené na nových chytrých materiálech a technologiích tisku. Dosavadní výsledky multiioborového výzkumu i návrhy na vývoj těchto zařízení představili výzkumníci z Česka, Velké Británie, Španělska i USA v přehledovém článku v prestižním časopise Nature Communications.

„Senzorické technologie pro monitorování zdraví rostlin jsou stále v plenkách. Na trhu jsou běžné dostupné jen jednoduché senzory, které jsou schopné monitorovat pouze základní parametry jako například pH, vlhkost v půdě, případně teplotu. Pokud však mají zemědělci čelit současným výzvám včetně klimatických změn a zajistit pro lidstvo dostatek potravy, potřebují mnohem účinnější pomocníky, jež jim umožní monitorovat například i různé patogeny včetně bakterií či plísní. Podle nás je vhodným řešením kombinace nových chytrých materiálů a tisku pro produkci levných, odolných a škálovatelných materiálů,“ uvedl první autor článku David Panáček z CATRIN, který na studii pracoval během své stáže v Imperial College London.

CATRIN: David Panáček

Senzory pro monitorování zdraví rostlin například v porovnání s podobnými zařízeními pro humánní medicínu pokulhávají. Klíčovou roli v možném posunu hraje podle autorů pokrok v materiálových vědách, jenž vývoj škálovatelných senzorových technologií umožní. „Tiskové techniky včetně inkoustového tisku, sítotisku, aerosolového tisku, 3D tisku a přímého laserového zápisu nabízejí flexibilní cesty k výrobě ohebných senzorů, senzorů pro velké plochy i senzorů integrovaných přímo do rostlin. Přehledový článek shrnuje nedávný pokrok v oblasti tisknutelných nízkorozměrných materiálů pro zemědělské senzory, analyzuje jejich fyzikálně-chemické vlastnosti ve vztahu k senzorovému výkonu a diskutuje hlavní výzvy a budoucí příležitosti vyžadující mezioborovou integraci,“ uvedl jeden z korespondujících autorů Michal Otyepka.

Výzkum propojil materiálové vědce, chemiky, biology, odborníky na senzing i technologie tisku. Materiálový výzkum a využití chytrých materiálů na bázi grafenu zaštítili vědci CATRIN Univerzity Palackého a VŠB-Technické univerzity Ostrava, znalostmi o vývoji rostlin, jejich reakcích na stresové podmínky i monitorování jejich vlastností přispěli rostlinní biologové z CATRIN, o oblast elektroniky se postarali výzkumníci z Imperial College London, technologiím tisku se věnovali zástupci CEITEC – VUT. V týmu nechyběli ani přední odborníci na senzing z Katalánského institutu nanověd a nanotechnologií v Barceloně a svými bohatými znalostmi přispěl i „otec senzingu a elektrochemie“ Joseph Wang z University of California San Diego.

„Jedná se o průlomovou studii na toto téma, k níž se podařilo přizvat skutečně velká jména v daných oborech. V neposlední řadě studie dokládá to, že interdisciplinarita v CATRIN dává vzniknout zcela novým a perspektivním výzkumným tématům, jako je rostlinný senzing a jeho využití pro studium interakce rostlin s prostředím a chytrém zemědělství,“ doplnila další z korespondenčních autorů Nuria De Diego.