Всяка година фермерите в САЩ губят до 12 процента от реколтата си срещу болести и още 12 процента от вредители. Болестните растения представляват милиарди долари загубена печалба в селското стопанство.
Проблемът е, че болестите по растенията трудно се забелязват, преди да е станало твърде късно. По време има видими симптоми - увяхнали листа, например, или промяна в цвета - болестта е достатъчно напреднала, за да бъде нелечима.
Но растенията уведомяват обкръжението си, когато са болни или са подложени на атака, просто не по начин, който някога сме били в състояние да разберем в реално време - досега. Екип от инженери, ръководен от Гари МакМъри, ръководител на отдел за технология за преработка на храните в Института за технологии в Джорджия (Georgia Tech), е разработил метод за наблюдение и декодиране на тези съобщения, за да позволи на земеделските производители да идентифицират и лекуват болести, преди да се вкоренят. Неговата визия: роботизирани оръжия, които улавят и идентифицират естествените сигнали на болестите на растенията в движение.
Всички растения произвеждат естествени сигнали под формата на летливи органични съединения (ЛОС), за да предупреждават околните за това, което ги атакува. Системата на McMurray улавя тези съединения, използвайки миниатюризирана версия на газов хроматограф (наречен микро GC). Устройствата, които първоначално са били разработени в началото на 20-ти век, се използват за разделяне на химикали в сложни проби - в случая на Макмъри, газовете, които растението изпуска. Тъй като газът се нагрява и преминава през колона, а електронен сензор открива съединенията, които пробата съдържа.
Няма прищипване или изскубване на проби и пускането им обратно в лабораторията за анализ - процес, който може да отнеме дни или седмици. Цялата информация, от която се нуждае микро GC, е във въздуха, което означава, че лечението на болести или спасяването на растенията от тях би могло да се получи много по-бързо.
Приложенията за газова хроматография се простират далеч отвъд културите. Департаментът по вътрешна сигурност например ги използва за откриване на някои видове газове и опасни химикали. И изследователите също ги използват за проверка на определени видове храносмилателни заболявания при хората.
Традиционно хроматографите са големи устройства навсякъде от 3 до 10 метра; Напредъкът в наноматериалите и производството позволиха на McMurray да създаде такъв с размерите на 8-волтова батерия.
„Никога не бихме могли да изградим това; дори преди пет години това не би било възможно “, казва той.
Микро GC на McMurray може да бъде монтиран към роботизирана рама на съществуващо селскостопанско оборудване, като например трактор или плуг. Ръката ще държи устройството над листата на растението и ще събира въздушни проби. След това малък компютър, не по-мощен от основен лаптоп или iPhone, може след това да обработва данни от пробите, за да идентифицира всички патогени; бърз поток от хелий подготвя сензора за оценка на следващата му проба.
Тъй като те са толкова малки, "[ние] можем да изградим множество микро GC върху един робот", казва Макмъри. "Мога да имам 10, 20, дори 100 от тях на един трактор."
Това означава, че един трактор може да събира проби едновременно от стъбла, корени и пъпки.
Микро GC системата може да се използва и за скрининг на цялата ни храна - от плодове до зеленчуци и зърнени храни - за болести.
„Прясна продукция, която се доставя около [земното кълбо], може да носи различни вредители или болести. Ако имате някакъв сензор за разгръщане на полето или мобилен телефон, бихте могли да откриете ЛОС, които излизат от растенията “, постулира Макмъри. „Това може да реши някои много големи проблеми.“
В момента екипът завършва лабораторни тестове за микро GC, за да се увери, че резултатите му съответстват на резултатите от по-големи хроматографи. През август или септември те ще проведат първия си полев тест, в който изследовател ще извърви микро GC през прасковени полета, за да тества за Peachtree Rot Rot.
Макар че този първоначален тест ще се фокусира върху конкретно заболяване, газовата хроматография може да скринира десетки патогени наведнъж, което също го отличава от други подходи, казва Макмъри.
Дори и с технологията растителните патолози все пак ще трябва да картографират емисиите на ЛОС, свързани с определени планове и определени заболявания.
Заводите, чиито емисии на ЛОС са вече добре документирани, ще имат крак при стартиране на микро GC скрининг; други ще изискват повече време и изследвания за диагностициране и лечение. „Патогенът, който сме избрали, никой не знае нищо“, казва Макмъри, „но, например, много са известни някои гъбички.“
Но Джордж Микро микро GC е важна повратна точка в използваемостта и мащабируемостта, казва Макмъри.
„Това, което смятаме, е уникално“, казва Макмъри, „тези нови производствени процеси отварят изцяло нова ера от сензори.“
