Miniaturní ohebné senzory mohou radikálně proměnit způsob, jakým lidé pečují o lesy i zvířata. Podobně jako chytré hodinky by tato zařízení mohla v budoucnu neinvazivně monitorovat živé organismy. Včas odhalí sucho či nemoci rostlin a zvládnou sledovat životní funkce živočichů.
Tento obrovský potenciál mapuje nový přehledový článek, který připravili profesor Martin Pumera a Sagar Arya z brněnského CEITEC VUT. Jejich práce se nedávno probojovala dokonce na titulní stránku prestižního časopisu Nature Reviews Electrical Engineering.
Elektronické náplasti připevněné na listech dokážou v reálném čase detekovat hydrataci, počínající infekce či jiný stres rostlin, zatímco lehké senzory na tělech zvířat sledují jejich pohyb a životní funkce.
Tradiční metody monitoringu, jako jsou drony, termokamery nebo pevné dendrometry, často fungují zvenčí a mohou narušovat fyziologii rostlin. Nový přístup sází na kombinaci neinvazivního sběru dat a vyhodnocování pomocí umělé inteligence. Získané informace mají lesníkům pomoci včas odhalit chřadnutí porostů, lépe vyhodnocovat riziko požárů a zemědělcům umožnit přesnější zavlažování či omezení zbytečného používání antibiotik a pesticidů.
Překvapivé přesahy a budoucí vize
Při kompletování rozsáhlé studie tvůrce nejvíce překvapilo, jak univerzálně lze flexibilní bioelektroniku přenášet napříč odlišnými biologickými systémy. Podle Sagara Aryi má stejná technologie obrovský potenciál daleko za hranicemi lesnictví a chovu – například při monitorování mořského prostředí, kde lehká zařízení dokážou sledovat teplotu, hloubku či salinitu s minimální zátěží pro organismus. V širším měřítku by tyto systémy mohly propojit data o volně žijící zvěři, zvířatech i lidech.
„Budoucnost flexibilní elektroniky spočívá ve vytváření zařízení, která se pro biologii stávají téměř neviditelnými – v ohebných technologiích, se kterými může organismus žít, aniž by si jich vůbec všiml,“ dodává Arya.
Technologické překážky a materiálové výzvy
Výzkum přitom neprobíhá pouze na papíře. Tým Martina Pumery v Brně už nyní vyvíjí vlastní prototypy, včetně měkkých senzorických náplastí pro rostliny a lehkých ohebných obojků pro hospodářská zvířata.
Než se ale technologie masově rozšíří do praxe, musí vědci vyřešit řadu překážek. Hlavní potíž podle Pumery představuje samotné napájení a údržba. „Proto vyvíjíme systémy generující elektrickou energii z pohybu či změny vlhkosti,“ vysvětlil.
Z pohledu materiálů je klíčové, aby zařízení nebyla jen ohebná, ale pro organismus zcela neviditelná. U rostlin musí senzory bez omezení fyziologie zvládat růst a rozpínání tkání i vysokou vlhkost. U zvířat pak čelí potu, tření a pohybu, takže zásadní roli hraje rovnováha: přilnavost musí být dostatečně pevná, ale zároveň šetrná k pokožce.
Senzory v provozu
Zatímco jednodušší chytré obojky se základními funkcemi jsou již komerčně dostupné, reálné nasazení pokročilejších technologií má ještě svůj čas. „Výzvou je přidávání dalších funkcí pro včasnou detekci chorob na základě biomarkerů,“ uzavírá Pumera.