Les capteurs polymères sont résistants à l'humidité et à la température, peuvent s'étirer jusqu'à 400 % tout en restant attachés à une plante pendant sa croissance et envoient un signal sans fil à un emplacement de surveillance à distance, a déclaré le professeur d'ingénierie chimique et biomoléculaire Ying Diao, qui a dirigé l'étude avec la plante. Andrew Leakey, professeur de biologie et chef du département.

L'étude détaille certains des premiers résultats d'une subvention de la NASA accordée à Diao pour étudier comment l'électronique imprimée portable sera utilisée pour rendre l'agriculture possible dans l'espace.

"Ce travail est motivé par le besoin des astronautes de cultiver des légumes de manière durable pendant leurs missions de longue durée", a-t-elle déclaré.

L'équipe de Diao a abordé ce projet en utilisant un laboratoire basé sur Terre pour créer un appareil électronique extrêmement fiable et extensible. Son développement n'a pas été facile, a-t-elle déclaré.

"Honnêtement, nous avons commencé ce travail en pensant que cette tâche ne prendrait que quelques mois pour être perfectionnée. Cependant, nous avons rapidement réalisé que notre polymère était trop rigide", a déclaré Siqing Wang, étudiant diplômé et premier auteur de l'étude. "Nous avons dû reformuler de nombreux composants pour les rendre plus souples et plus extensibles et ajuster notre méthode d'impression pour contrôler l'assemblage des microstructures à l'intérieur de l'appareil afin qu'elles ne forment pas de gros cristaux pendant le processus d'impression et de durcissement."

L'équipe a découvert un dispositif à film très fin qui permet de limiter la croissance des cristaux lors de l'assemblage et de l'impression.

"Après avoir résolu les problèmes d'étirement et d'assemblage, nous avons dû nous attaquer aux problèmes liés au travail avec des appareils électroniques portables dans des conditions d'humidité élevée et à des taux de croissance rapides", a déclaré Wang. "Nous avions besoin de résultats reproductibles afin d'éviter que les capteurs ne tombent ou ne tombent en panne électroniquement pendant les expériences de croissance. Nous avons finalement mis au point une électrode et une interface transparentes qui ne soient pas affectées par les conditions exigeantes."

Le « capteur de contrainte à distance autonome basé sur des polymères extensibles et électroniques », ou SPEARS2, est le produit de trois années de travail acharné, prouvant que la science appliquée connaît rarement des moments eureka.

"Il s'agit d'une avancée technique passionnante dans notre capacité à effectuer des mesures précises et non invasives de la croissance des plantes en temps réel. J'ai hâte de voir comment cela peut compléter les derniers outils pour interroger les processus génomiques et cellulaires", a déclaré Leakey.

Diao a également déclaré qu'elle était ravie de découvrir toutes les façons dont cette recherche continuera à progresser.

Par exemple, cette étude porte sur des plantes comme le maïs qui poussent principalement vers le haut. Cependant, les chercheurs prévoient de faire progresser leur méthodologie d'impression électronique pour créer un système capable de surveiller la croissance vers le haut et vers l'extérieur.

L'équipe a déclaré qu'elle travaillait également à la capacité de détecter et de surveiller les processus chimiques à distance.

"Je pense que la communauté de recherche en électronique portable a ignoré les plantes pendant trop longtemps", a déclaré Diao. "Nous savons qu'ils subissent beaucoup de stress lors de l'adaptation au climat, et je pense que l'électronique douce peut jouer un rôle plus important dans l'avancement de notre compréhension afin que nous puissions garantir que les plantes seront saines, heureuses et durables à l'avenir, que ce soit dans l'espace. , sur d'autres planètes ou ici même sur Terre."

Des chercheurs de la NASA et de l'Illinois en bio-ingénierie, en sciences végétales, en science et ingénierie des matériaux, de l'Institut Carl R. Woese de biologie génomique et de l'Institut Beckman pour les sciences et technologies avancées ont contribué à cette étude.