Примите имэйл от шпината. Для чего учёные создают растения-киборгов?

Есть дачники и садоводы, которые любят беседовать с деревьями, кустарниками и цветами, словно с малыми детьми. Видно, рассчитывают, что те, прислушавшись, станут расти быстрее или дадут хороший урожай. А что если бы растения в самом деле могли им отвечать?

То, что сейчас кажется безумной фантазией, вполне может быть реализовано ещё при нашей жизни. Учёные в разных странах работают над созданием растений-киборгов, пытаясь наделить их способностью обратной связи с окружающей средой и с человеком. АиФ рассказывает о некоторых проектах.

Филодендрон, вооружённый мачете

Недавно художник-робототехник Дэвид Боуэн из Университета Миннесоты (США) представил инсталляцию, которая выглядит как роботизированная рука, подключённая к комнатному растению филодендрону. Растение управляет конечностью с помощью микроконтроллера с открытым исходным кодом. К листьям присоединены электроды, и программное обеспечение преобразует электрические импульсы, которые вырабатывает филодендрон, в команды роборуке. В итоге та крутится туда-сюда, а чтобы инсталляция выглядела более убедительно, художник вложил в неё мачете.

«Движения мачете определяются на основе данных, поступающих от растения. По сути, растение — это мозг робота, управляющего мачете. Он определяет размах руки, удары и её действия в пространстве», — объясняет Дэвид Боуэн.

Скорее всего, электрические сигналы действуют как генератор случайных чисел, и рука движется хаотично. Поэтому говорить о том, что филодендрон контролирует оружие и управляет им с каким-то умыслом, не приходится. Во всяком случае пока. Зато получилась метафора: люди, как известно, вредят окружающей среде, в том числе растениям, но те, намекает художник, готовы постоять за себя.

Это лишь один из примеров киборг-ботаники, которая в последние годы набирает популярность и в арт-галереях, и в научных лабораториях. Есть и другие. В 2018 году робототехник из Китая построил машину, похожую на паука и способную перемещать растение в поисках лучшего освещения. Исследователи из Массачусетского технологического института (США) тогда же представили похожую задумку. Они создали гибрид комнатного растения и робота на двух колёсах. К стеблям и листьям подвели электроды: через них робот получает информацию, с какой стороны светит солнце, и направляет колёсную пару в эту, более комфортную зону помещения.

Какие растения отпугивают комаров и мух? Подробнее

Эко-генераторы электричества

Но считывать электрические сигналы растений — это достаточно простая идея. Более продвинутый уровень — внедрить в них некие материалы, чтобы превратить живые клетки в электрические цепи и транзисторы. Учёным из Университета Линчёпинга (Швеция) удалось создать электронные схемы внутри розы.

Исследователи изобрели полимер, который всасывается в сосудистую систему растения подобно воде. Попадая в него, он самоорганизовывается в длинные цепи, способные проводить электрический ток. При этом доступ воды и питательных веществ не блокируется.

В экспериментах шведских учёных длина электрических цепей в сосудах растения достигала 10 сантиметров. Также они смогли смоделировать функции транзисторов в этих цепях. При различной напряжённости тока цвет розы мог меняться. По сути, это была попытка превратить растение в биологический компьютер с микросхемами и дисплеем.

«Теперь мы можем говорить о растениях-киборгах, — заявил руководитель исследования Магнус Берггрен. — Мы готовы размещать различные датчики и устройства внутри растений и использовать энергию, которая производится при помощи хлорофилла, чтобы выращивать новые зелёные антенны или другие материалы». По словам учёного, технология открывает сумасшедшие перспективы: можно создавать живые сенсоры, разнообразные медицинские устройства для диагностики и лечения болезней и даже получать электричество, которое образуется в процессе фотосинтеза. По сути, растения — это природные солнечные батареи, и в далёком будущем можно превратить деревья в эко-генераторы электрической энергии.

В Мельбурнском университете (Австралия) решили внедрить в растения наноматериалы — пористые металлоорганические композиционные полимеры. Они представляют собой кристаллы, способные поглощать, хранить и высвобождать другие соединения. Такие материалы могут использоваться для улавливания парниковых газов, доставки лекарств и прочих нужд.

Эксперимент проводили со стеблем лотоса. После того как в него внедрили пористые полимеры (сама эта процедура непростая — приходится «скармливать» растению молекулы-предшественники, которые уже внутри организма формируют нужные кристаллы), лотос смог обнаружить в воде небольшие концентрации ацетона и отреагировать ослаблением флуоресценции (свечения).

Авторы исследования полагают, что подобные растения-киборги станут отличными индикаторами летучих химических веществ — например, взрывчатки. Кроме того, их можно использовать для преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет. Это свойство пригодится при будущей колонизации планет, того же Марса.

Когда вернутся мамонты? Клонирование вымерших животных вполне реально Подробнее

О чём поведает шпинат?

Особых успехов в превращении растений в киборгов добились инженеры уже упомянутого Массачусетского технологического института. Исследования они ведут достаточно давно, сосредоточившись на внедрении в растения углеродных нанотрубок и наночастиц. Это повышает их способность к фотосинтезу и может превратить зелёные насаждения в датчики, улавливающие оксид азота и другие загрязняющие вещества.

Апофеозом научной работы массачусетцев стало создание инновационного шпината. Учёные пустили по его сосудам раствор наночастиц, а в листья встроили углеродные нанотрубки, излучающие фоновый сигнал. Корни этого растения очень чувствительны. Оно реагирует на присутствие в грунтовых водах некоторых химических соединений, например, нитроароматических, часто встречающихся во взрывчатке. Именно их изначально и собирались искать с помощью шпината, но потом оказалось, что этот любимец сторонников правильного питания чувствителен и к оксиду азота. Это открыло новые области его применения — для мониторинга экологических изменений.

Для чего выращивать в лунном грунте земные растения? Подробнее

Технология действует так. Если в грунтовых водах появляется опасное химическое вещество, через 10 минут оно попадает в листья шпината, и тогда фоновый сигнал, излучаемый растением-киборгом, меняется. Это изменение улавливает находящийся рядом датчик — он извещает учёных, отправляя им сообщение или имейл.

Так шпинат может предсказывать засуху и находить в почве загрязнители и взрывчатые вещества. «Растения очень чувствительны к окружающей среде. Они хорошие химики-аналитики, — говорит Майкл Страно, профессор химической инженерии Массачусетского технологического института и руководитель исследовательской группы. — У них есть разветвлённая корневая сеть в почве, благодаря которой они могут обнаруживать небольшие изменения её свойств и водного потенциала. Они знают, что будет засуха, задолго до нас. Если мы подключимся к ним, то получим доступ к огромному массиву информации. Мы будем получать её в режиме реального времени. Это почти как если бы растение говорило с нами об окружающей среде, в которой оно находится».