پژوهش‌گرانی از کشور سوئد مدارها و قطعات الکترونی ساخته‌اند که در داخل ماده‌ی گیاهان زنده به صورت مجتمع گردآوری می‌شود. این تیم پلیمر رسانایی را به داخل سیستم آوندیِ گیاه وارد ساخته‌ و مولفه‌های اصلی یک مدار الکتریکی را ایجاد کرده‌اند. آن‌ها همچنین قادر شده‌اند به این طریق مدُلاسیون ترانزیستوری٬ تابع منطقی دیجیتال و عناصر یک صفحه نمایش دیجیتال را به اثبات برسانند. به بیان این تیم٬ الکترونیکِ مجتمع‌شده در  گیاهان ما را قادر می‌سازد تا بر فیزیولوژی گیاهی نظارت داشته و از انرژی حاصل از فوتوسنتز بهره‌گیری کنیم.

مواد الکترونی آلی٬ پلیمرها و مولکول‌هایی هستند که می‌توانند رسانای سیگنال‌های الکترونی و یونی بوده و آن‌ها را پردازش کنند. این مواد را می‌توان تقریباً به هر نوع شکلی تبدیل کرد و در ساخت قطعاتی که سیگنال‌های الکترونی را به فرآیندهای شیمیایی (و برعکس) تبدیل می‌کنند٬ استفاده کرد. پس از آن٬ می‌توان این قطعات الکتروشیمایی را در رگلاژ و نظارت بر فرآیندهای زیستی و شیمایی مورد استفاده قرار داد. چنان فناوری‌هایی در حال حاضر در وسایل پزشکی مختلف (مانند تحویل دارو٬ پزشکی ترمیمی٬ اتصالات عصبی و تشخیص‌های پزشکی) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مَگنُس برگرن (Magnus Berggren) و همکارانش از دانشگاه لینشوپینگ و دانشگاه سوئدی علوم کشاورزی به این موضوع علاقه‌مندند که آیا می‌توان به طریق مشابهی زیست‌الکترونیک آلی را در حس‌گری٬ ثبت و کنترل فرآیندهای شیمایی در گیاهان مورد استفاده قرار داد یا نه. آن‌طور که برگرن توضیح می‌دهد این موضوع می‌تواند کاربردهای بسیاری در کشاورزی داشته باشد. برای مثال اگر شما قادر باشید تا بر هورمون‌ها (که مشخص می‌کنند چه زمانی محصولات٬  آماده‌ی گل‌دهی هستند) نظارت داشته و بتوانید این فرآیند را تنظیم کنید٬ قادر خواهید بود تا زمان‌ گل‌دهی را برای اجتناب از دوره‌های زمانی آب‌وهوای نامساعد تنظیم کنید.

سیم‌های رسانا

این تیم در تلاش بوده٬ ویژگی مدار الکترونی را با بخش‌ ساقه‌ی گل رز فلوریبوندا (رز باغبانی) بیامیزد. آن‌ها این کار را با فروبردن ساقه‌ی این گل در محلول‌ پلیمرهای رسانا به انجام رسانده‌اند. به این منظور تنها یک پلی(۳و۴- اتیلن‌دیوکسی‌تیوفن) یا PEDOT از طریق آوند چوبی لوله‌مانند (که آب را در طول گیاه منتقل می‌کند) به بالا کشیده شده و در ساختار داخلی گیاه گنجانده می‌شود. نشان داده شده است که این پلیمر برای تشکیل سیم‌های رسانا در داخل آوند چوبی به شکل خودآرا عمل می‌کند. این سیم‌ها بیش‌تر از ۵ سانتی‌متر درازا دارند و به آب و مواد مغزی اجازه عبور می‌دهند.

پژوهش‌گران نشان داده‌اند که این سیم‌ها قادرند با محفظه‌های الکترولیکیِ سلول‌های مجاور اندرکنش کنند. محققان از این برهم‌کنش برای ایجاد یک ترانزیستور الکتروشیمایی بهره می‌برند که سیگنال‌های یونی را به خروجی‌های الکترونی تبدیل می‌کنند. این دانشمندان سپس دو عدد از چنان ترانزیستورهایی را در قطعات مشابهی از سیم PEDOT/ساقه‌ی رز٬ ایجاد کرده‌ و نشان داده‌اند که این جفت می‌تواند بعنوان یک گیت منطقی NOR عمل کند.

آن‌ها همچنین نوع دیگری از PEDOT را به درون برگ‌های رز با استفاده از تکنیکی موسوم به نفوذ در خلاء تزریق کرده‌اند. این پلیمر رسانا راه خود را به داخل محفظه‌های جداشده با رگ‌برگ‌ها می‌یابد و شبکه‌ای دوبعدی از سلول‌های الکتروشیمایی را ایجاد می‌کند. وقتی یک ولتاژ به این برگ‌ها اعمال می‌شود سلول‌های پلیمر تغییر رنگ داده و مشخص می‌شود که این سلول‌ها با یون‌های برگ اندرکنش داشته‌اند.

مدارهای بنیادی

اگرچه این تغییر رنگ که در برگ‌ها دیده می‌شود تازگی چندانی ندارد اما به بیان برگرن آن‌ها نشان داده‌اند که می‌توان «مدارهای پیشرفته‌ی بسیاری درون برگ‌ها» ساخت. وی می‌افزاید٬ اگرچه آن‌ها هنوز باید حس‌گرها و دیگر قطعات پیشرفته را توسعه دهند اما این پژوهش نشان می‌دهد که می‌توان تمامی «مدارهای اساسی و قطعاتی که برای توسعه‌ی کاربردهای اختصاص یافته برای نیازهای ویژه مهم هستند» را ایجاد کرد.

اندی آداماتزکی (Andy Adamatzky) مدیر مرکز محاسبات غیرمتعارف در دانشگاه غربِ انگلستان می‌گوید: «این پژوهش٬ توسعه‌ی اعجاب‌آور دیگری در زمینه‌ی فناوری‌های زنده است. من معتقدم می توان از این پژوهش برای توسعه‌ی رایانه‌های تعبیه‌شده (که در آن‌ها گیاهان قادرند محیط‌شان را حسگری کنند) استفاده کرده٬ اطلاعات را توسط رایانه‌های داخلی تحلیل نموده و سپس نتایج تحلیل‌های خود را به انسان‌ها بفرستند.»

این پژوهش در مجله‌ی Science Advances انتشار یافته است. 

درباره‌ی نویسنده:

مایکل آلن (Michael Allen) نویسنده‌ای علمی در انگلستان است.

منبع:

Cyborg roses become transistors and logic gates