În fiecare an, fermierii americani pierd până la 12 la sută din culturile lor din cauza bolilor și încă 12 la sută din dăunători. Plantele bolnave reprezintă miliarde de dolari în profitul pierdut în industria agriculturii.
Problema este că bolile plantelor sunt greu de observat înainte de a fi prea târziu. Cu timpul există simptome vizibile - frunze ofilite, de exemplu, sau decolorare - boala a avansat suficient încât să nu poată fi tratată.
Dar plantele își anunță împrejurimile când sunt bolnave sau sunt atacate, doar nu într-un mod în care am reușit să înțelegem în timp real - până acum. O echipă de ingineri condusă de Gary McMurray, șeful diviziei pentru tehnologia de procesare a alimentelor la Georgia Institute of Technology (Georgia Tech), a dezvoltat o metodă de monitorizare și decodare a acestor mesaje pentru a permite fermierilor să identifice și să trateze bolile înainte de a lua rădăcină. Viziunea sa: brațe robotice care captează și identifică semnalele de boală naturală ale plantelor din zbor.
Toate plantele produc semnale naturale, sub formă de compuși organici volatili (COV), pentru a avertiza împrejurimile despre ceea ce le atacă. Sistemul lui McMurray surprinde acei compuși folosind o versiune miniaturizantă a unui cromatograf de gaz (numit micro GC). Dispozitivele, care au fost inițial dezvoltate în jurul sfârșitului secolului XX, sunt folosite pentru a separa substanțele chimice în eșantioane complexe - în cazul lui McMurray, gazele pe care le emite o plantă. Pe măsură ce gazul este încălzit și trecut printr-o coloană și un senzor electronic detectează compușii pe care îi conține proba.
Nu există ciupituri sau smulgerea eșantioanelor și rularea acestora în laborator pentru analiză - un proces care poate dura zile sau săptămâni până la finalizare. Toate informațiile de care are nevoie micro-GC sunt în aer, ceea ce înseamnă că tratarea bolilor sau salvarea plantelor din ele ar putea obține mult mai rapid.
Aplicațiile pentru cromatografia de gaze se extind cu mult peste culturi. Departamentul de Securitate Interioară, de exemplu, le folosește pentru a detecta anumite tipuri de gaze și substanțe chimice periculoase. Iar cercetătorii le folosesc și pentru a depista anumite tipuri de boli digestive la om.
În mod tradițional, cromatografiile au fost dispozitive mari oriunde între 3 și 10 metri lungime; progresele înregistrate în nanomateriale și fabricație au permis lui McMurray să creeze unul de dimensiunea unei baterii de 8 volți.
„Nu am fi putut construi asta niciodată; chiar acum cinci ani nu ar fi fost posibil ”, spune el.
Micro GC-ul McMurray ar putea fi montat pe un braț robotizat pe echipamentele agricole existente, cum ar fi un tractor sau plug. Brațul ar ține dispozitivul deasupra frunzelor plantei și va aduna probe de aer. Un computer mic, nu mai puternic decât un laptop de bază sau un iPhone, poate prelucra date din eșantioane pentru a identifica orice agenți patogeni; o curgere rapidă de heliu pregătește senzorul pentru a evalua următoarea probă.
Pentru că sunt atât de mici, „[noi] putem construi mai multe micro-GC-uri pe un robot”, spune McMurray. „Pot avea 10, 20, chiar 100, pe un singur tractor.”
Asta înseamnă că un tractor ar putea aduna simultan probe din tulpini, rădăcini și muguri.
Sistemul micro GC ar putea fi folosit și pentru ecranarea tuturor alimentelor noastre - de la fructe la legume și cereale - pentru boli.
„Produsele proaspete care sunt livrate în jurul [globului] ar putea transporta diferite dăunători sau boli. Dacă aveți un fel de senzor mobil care poate fi implementat pe teren sau puteți detecta VOC-urile care ies din uzine ”, postează McMurray. „S-ar putea rezolva unele probleme foarte mari.”
În prezent, echipa finalizează testarea laboratorului pentru micro-GC pentru a se asigura că rezultatele sale sunt în concordanță cu cele de la cromatografii mai mari. În august sau septembrie, ei vor efectua primul lor test pe teren, în care un cercetător va plimba un micro GC prin câmpuri de piersici pentru a testa Peachtree Root Rot.
În timp ce acel test inițial se va concentra pe o boală specifică, cromatografia cu gaz poate analiza zeci de agenți patogeni simultan, ceea ce o distinge și de alte abordări, spune McMurray.
Chiar și cu această tehnologie, patologii plantelor vor trebui să mapaze emisiile de COV asociate cu anumite planuri și anumite boli.
Instalațiile ale căror emisiuni de COV sunt deja bine documentate vor avea un efect inițial în momentul în care depistarea micro-GC începe; alții vor necesita mai mult timp și cercetare pentru a diagnostica și trata. „Agentul patogen pe care l-am ales, nimeni nu știe nimic”, spune McMurray, „dar, de exemplu, se cunosc multe despre anumite fungi”.
Dar McMurray spune un micro-GC Georgia Tech este un moment de cotitură important.
„Ceea ce credem noi este unic”, spune McMurray, „aceste noi procese de fabricație deschid o nouă eră a senzorilor.”
