Βιονικά λουλούδια με ενσωματωμένα κυκλώματα παράγουν ενέργεια

0
447

Τα λουλούδια που θα καλλιεργούμε στο μέλλον μπορεί να εμπεριέχουν ηλεκτρονικά κυκλώματα, ψηφιακά ή αναλογικά, και να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, όπως ακριβώς κάνουν οι κυψέλες καυσίμου.

Οι επιστήμονες του Εργαστηρίου Οργανικών Ηλεκτρονικών του Πανεπιστημίου του Λινκέπινγκ, με επικεφαλής τον καθηγητή Μάγκνους Μπέργκρεν και την δρα Ελένη Σταυρινίδου, χρησιμοποίησαν το αγγειακό σύστημα (ξύλημα) και τα φύλλα τριαντάφυλλων για να δημιουργήσουν ηλεκτρονικά κυκλώματα.

—Οι εφαρμογές

Ο συνδυασμός των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων με τις βιοχημικές λειτουργίες του φυτού μπορεί να έχει διάφορες εφαρμογές στο πεδίο των βιοηλεκτρονικών.

Για παράδειγμα θα μπορούσαν να κατασκευαστούν κυψέλες καυσίμου μέσα στα ίδια τα φυτά, οι οποίες χάρη στη φωτοσύνθεση θα εκμεταλλεύονται τα σάκχαρα του φυτού για να παράξουν ηλεκτρική ενέργεια. Με άλλα λόγια τα φυτά θα μπορούσαν να μετατραπούν σε ζωντανά φωτοβολταϊκά.

Επίσης, τα κυκλώματα μέσα στο ξύλημα θα μπορούσαν να επιτρέψουν την εγκατάσταση αισθητήρων παρακολούθησης και καταγραφής των φυτικών ορμονών και άλλων λειτουργιών.

Τέλος, θα μπορούσαν να αναπτυχθούν νέα ιατρικά φυτά με βάση τα οποία θα παράγονται καινοτόμα φάρμακα, ενώ και οι γεωργοί θα μπορούσαν να ελέγξουν μέσω ενός έξυπνου κινητού τηλεφώνου την ανθοφορία και την ωρίμανση των καλλιεργειών τους, ώστε να τις προσαρμόσουν στις κλιματικές συνθήκες.

—Πώς κατασκευάστηκαν τα βιονικά φυτά

Η ελληνίδα ερευνήτρια, Ελένη Σταυρινίδου, χρησιμοποίησε ένα διαφανές αγώγιμο πολυμερές υλικό (PEDOT-S:Η), το οποίο διέλυσε σε νερό. Στη συνέχεια βύθισε τριαντάφυλλα εντός του.

Μαζί με το νερό, τα φυτά απορρόφησαν και το πολυμερές υλικό, το οποίο κυκλοφόρησε μέσα στο αγγειακό σύστημα του φυτού.

Μετά από λίγες μέρες, είχαν δημιουργηθεί αυτοσυναρμολογούμενα «σύρματα» μήκους δέκα εκατοστών μέσα στον βλαστό του τριαντάφυλλου, τα οποία -όταν συνδέθηκαν με μια εξωτερική πηγή ηλεκτρισμού- μπορούσαν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα στο εσωτερικό του.

Συνδυάζοντας τα σύρματα από το οργανικό πολυμερές με έναν ηλεκτρολύτη, η ερευνήτρια δημιούργησε ένα επίσης αυτοσυναρμολογούμενο ηλεκτροχημικό τρανζίστορ (διακόπτη), που μετατρέπει τα σήματα ιόντων του φυτού σε ηλεκτρονικά σήματα.

Με τα τρανζίστορ αυτά, κατάφερε επίσης να δημιουργήσει ένα είδος ψηφιακής λογικής πύλης.

Άλλα μέλη της ερευνητικής ομάδας κατάφεραν να εισάγουν ηλεκτρονικά κυκλώματα στα φύλλα μέσω ενός υλικού που αποτελεί παραλλαγή του PEDOT-S. Εκεί το υλικό δημιουργεί ομάδες ηλεκτροχημικών κυττάρων που διακρίνονται από τις «φλέβες» των φύλλων. Όταν εισήχθη ηλεκτρική ενέργεια, οι ομάδες αυτές άρχισαν να αλλάζουν χρώμα από πράσινο σε μπλε -και αντίστροφα- σαν ζωντανή οθόνη.

Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει ηλεκτρικά δίκτυα μήκους έως 20 εκατοστών μέσα στο φυτό και οραματίζονται ότι τα φυτά του μέλλοντος, αντί για γενετικές μεταλλάξεις, θα ενσωματώνουν ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Το θέμα, βέβαια, είναι αυτά τα βιοηλεκτρονικά να μην καταλήγουν στο στομάχι των ανθρώπων.«Απ” όσο γνωρίζουμε, κανένας έως τώρα δεν είχε παράγει ηλεκτρονικά μέσα σε φυτά. Τώρα πια μπορούμε να αρχίσουμε να μιλάμε πραγματικά για “ενεργειακά” φυτά, αφού μπορούμε να τοποθετήσουμε αισθητήρες μέσα στα φυτά και να χρησιμοποιήσουμε την ενέργεια που σχηματίζεται στη χλωροφύλλη τους, μπορούμε να δημιουργήσουμε “πράσινες” κεραίες ή να παράγουμε νέα υλικά. Το κάθε τι συμβαίνει με φυσικό τρόπο, αξιοποιώντας τα πολύ εξελιγμένα και μοναδικά συστήματα των ίδιων των φυτών», δήλωσε ο Μπέργκρεν και πρόσθεσε ότι «το ίδιο το φυτό βοηθά να δημιουργηθούν οι ηλεκτρονικές συσκευές στο εσωτερικό του».

Η κα. Σταυρινίδου αποφοίτησε το 2008 από το Τμήμα Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, όπου απέκτησε μεταπτυχιακό τίτλο στη νανοτεχνολογία το 2010. Το 2013 πήρε το διδακτορικό της από το Τμήμα Βιοηλεκτρονικής της Ecole National Superieure des Mines στο Σεντ-Ετιέν της Γαλλίας και από το 2014 είναι μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο σουηδικό Πανεπιστήμιο του Λινκέπινγκ, εξειδικευμένη στο «πάντρεμα» των οργανικών βιοηλεκτρονικών με τα φυτά.

Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science Advances».

econews

Σχόλια