Ameriški kmetje vsako leto izgubijo do 12 odstotkov svojih pridelkov zaradi bolezni in še 12 odstotkov škodljivcev. Boleče rastline predstavljajo več milijard dolarjev izgubljenega dobička v kmetijski industriji.
Težava je v tem, da je bolezni rastlin težko opaziti, preden bo prepozno. Sčasoma se pojavijo vidni simptomi, na primer, venenje listov ali sprememba barve - bolezen je dovolj napredovala, da se ne da zdraviti.
Toda rastline obvestijo okolico, ko so bolne ali so napadene, samo ne na način, ki smo ga kdaj razumeli v realnem času - do zdaj. Skupina inženirjev pod vodstvom Garyja McMurraya, vodje oddelka za tehnologijo predelave hrane na Georgia Institute of Technology (Georgia Tech), je razvila metodo za spremljanje in dekodiranje teh sporočil, s katerimi lahko kmetje prepoznajo in zdravijo bolezni, preden se ukoreninijo. Njegova vizija: robotske roke, ki zajemajo in prepoznavajo naravne signale rastlin na letenje.
Vse rastline proizvajajo naravne signale v obliki hlapnih organskih spojin (VOC) in opozarjajo okolico, kaj jih napada. McMurrayjev sistem zajame te spojine z uporabo miniaturizirane različice plinskega kromatografa (imenovane mikro GC). Naprave, ki so bile prvotno razvite na prehodu iz 20. stoletja, se uporabljajo za ločevanje kemikalij v kompleksnih vzorcih - v primeru McMurray-ja so plini, ki jih rastlina odda. Ko se plin segreva in prehaja skozi kolono, elektronski senzor pa zazna spojine, ki jih vsebuje vzorec.
Ni vzorčenja in odstranjevanja vzorcev in jih vrnete nazaj v laboratorij na analizo - postopek, ki traja nekaj dni ali tednov. Vse informacije, ki jih potrebuje mikro GC, so v zraku, kar pomeni, da bi zdravljenje bolezni ali reševanje rastlin pred njimi lahko doseglo veliko hitreje.
Vloge za plinsko kromatografijo segajo mnogo več kot pridelki. Ministrstvo za domovinsko varnost jih na primer uporablja za zaznavanje nekaterih vrst plinov in nevarnih kemikalij. Raziskovalci pa jih uporabljajo tudi za pregled določenih vrst prebavnih bolezni pri ljudeh.
Tradicionalno so bili kromatografi velike naprave, od 3 do 10 metrov; Napredek nanomaterialov in proizvodnje je McMurrayju omogočil, da ustvari takšno velikost 8-voltne baterije.
"Tega nikoli ne bi mogli zgraditi; celo pred petimi leti to ne bi bilo mogoče, "pravi.
McMurray mikro GC bi bilo mogoče namestiti na robotsko roko na obstoječo kmetijsko opremo, kot sta traktor ali plug. Roka bi držala napravo nad listi rastline in zbirala vzorce zraka. Majhen računalnik, ki ni močnejši od osnovnega prenosnika ali iPhone-ja, lahko nato obdela podatke iz vzorcev in tako ugotovi morebitne povzročitelje bolezni; hiter izliv helija pripravi senzor za oceno njegovega naslednjega vzorca.
Ker so tako majhni, "[lahko] sestavimo več mikro GC na enega robota, " pravi McMurray. "Na enem traktorju jih lahko imam 10, 20, celo 100."
To pomeni, da bi lahko en traktor hkrati zbiral vzorce iz pecljev, korenin in brstov.
Sistem mikro GC bi lahko uporabili tudi za pregled celotne hrane - od sadja do zelenjave in zrn - za bolezen.
„Sveži proizvodi, ki se pošiljajo po vsem svetu, bi lahko prenašali različne škodljivce ali bolezni. Če imate nekakšen senzor za prenos na terenu ali mobilno napravo, lahko zaznate VOC, ki prihajajo iz obratov, "postulira McMurray. "To bi lahko rešilo nekaj zelo velikih težav."
Ekipa trenutno končuje laboratorijsko testiranje mikro GC, da se prepričajo, ali so njegovi rezultati skladni z rezultati večjih kromatografov. Avgusta ali septembra bodo izvedli svoj prvi terenski test, v okviru katerega bo raziskovalec sprehodil mikro GC skozi breskeva polja, da bi preizkusil Root Peachtree Rot.
Medtem ko se bo ta začetni test osredotočil na določeno bolezen, lahko plinska kromatografija naenkrat pregleda več deset patogenov, kar jo razlikuje od drugih pristopov, pravi McMurray.
Tudi s tehnologijo bodo rastlinski patologi še vedno morali preslikati emisije HOS, povezane z določenimi načrti in določenimi boleznimi.
Obrati, katerih emisije HOS so že dobro dokumentirane, se bodo začele izvajati, ko se začne mikro GC presejanje; drugi pa bodo za diagnozo in zdravljenje potrebovali več časa in raziskav. "Patogen, ki smo ga izbrali, nihče ne ve ničesar, " pravi McMurray, "vendar je na primer veliko znanega o določenih glivah."
McMurray pravi, da je Georgia Tech micro GC pomembna prelomnica v uporabnosti in razširljivosti.
"Menimo, da je edinstveno, " pravi McMurray, "ti novi proizvodni procesi odpirajo povsem novo dobo senzorjev."
