Na Politechnice Wrocławskiej powstaje urządzenie do oceny potencjału roślin. Dzięki specjalnej doniczce wyposażonej w nowoczesną technologię można zbadać jakość nasion i ocenić, co z nich wyrośnie.

Jest milimetrowych rozmiarów i kształtem w ogóle nie przypomina tradycyjnej doniczki, a bardziej… kartę SD. Mowa o mikrodoniczce zaprojektowanej na Wydziale Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, która potrafi zbadać zdolność rośliny do maksymalnej produktywności. – Działa to na zasadzie bardzo dokładnego pomiaru sił, jakie wywierają korzenie i łodygi na umieszczone w doniczce czujniki – wyjaśnia Bartosz Kawa, doktorant z Katedry Mikrosystemów na W12.

Urządzenie ma wysokość 20 mm, szerokość 10 mm, a grubość 5 mm. Struktury odpowiadające za pomiar siły to belki o grubość od 200 do 600 mikrometrów. Całość jest drukowana w technologii 3D, dzięki czemu można dostosować mikrodoniczki do dowolnego rozmiaru nasiona. Test próbki nasion trwa około 5 dni, w zależności od okresu kiełkowania danej rośliny.

Jak szybko urośnie?

– Przykładowo, bierzemy losowych sto nasion z danej partii, którą chcemy wysiać. Umieszczamy poszczególne nasiona w naszych mikrodoniczkach, które są wyposażone w system dostarczania wody i składników odżywczych – tłumaczy działanie doniczki Bartosz Kawa. – Nasiono kiełkuje w naszym urządzeniu, odginając przy tym drukowane sensory siły w mikrodoniczce. Jeśli 90 procent nasion, które testujemy, osiągnie wymaganą siłę, która świadczy o dużym potencjale wzrostu, adekwatnie mamy informację, że statystycznie 90 procent naszej partii nasion wykazuje również taki potencjał. W ciągu kilku dni mamy statystyczną informację o produktywności całej partii nasion – mówi doktorant z W12.

Pomysł na zaprojektowanie mikrodoniczki zapoczątkował dr Krzysztof Adamski  z Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki. W realizację projektu włączyli się doktoranci – Bartosz Kawa i Danylo Lizanets, a także prof. Jan Dziuban i prof. Rafał Walczak.

– Wpadliśmy na pomysł, żeby stworzyć urządzenie, które będzie uniwersalne i ekstremalnie proste w wykonaniu dzięki wykorzystaniu druku 3D – mówi Bartosz Kawa. Dodaje, że na świecie są prowadzone testy siły wzrostu nasion, ale badania te opierają się na urządzeniach wytwarzanych ze szkła i krzemu. – Są to bardzo drogie i skomplikowane technologie, które słabo sprawdzą się na szerszą skalę przy tak różnorodnych nasionach. Nasze rozwiązania mają szanse na zastosowanie komercyjne – uważa doktorant.

Nie tylko zmierzy, ale też odżywi

Naukowcy planują wykorzystać materiały biodegradowalne, tak aby mikrodoniczki mogły być  zasadzane razem z nasionem w ziemi, dodatkowo dostarczając mu dodatkowych wartości odżywczych w dalszym okresie wzrostu.  – W tym wypadku druk 3D daje nam możliwość dostosowania mikrodoniczki do dowolnego rozmiaru nasiona – mówi Bartosz Kawa.

Autorzy projektu zaznaczają, że jest to jeden z pierwszych przykładów wykorzystania w pełni drukowanych czujników siły. Układ składa się także z kamery, która rejestruje wzrost nasion. Specjalistyczne oprogramowanie analizuje odgięcie czujnika siły i na tej podstawie wylicza wartość siły wzrostu, jaką wykazuje korzeń i łodyga nasiona. – Dodatkowo poprzez pompę perystaltyczną i rurki mikrofluidyczne do doniczki doprowadzana jest woda oraz  – jeśli potrzeba – substancje odżywcze. W komorze, w której odbywa się eksperyment, monitorujemy także temperaturę – wyjaśniają naukowcy z W12.

Badania są obecnie na etapie prac nad automatyzacją procesu testowania nasion. Do tej pory wykonano testy w laboratorium, mierząc siłę przy wzroście z wodą, różnymi substancjami odżywczymi oraz substancjami szkodliwymi. Kolejny krok to zasianie próbek w ziemi i skorelowanie siły z rzeczywistym potencjałem wzrostu.  – Chodzi tutaj o określenie, jaka wartość siły, którą wywierają korzeń i łodyga kiełkującej rośliny, odpowiada najlepszemu potencjałowi wzrostu rośliny. Dla każdego rodzaju rośliny będzie ona inna. Dlatego należy wykonać szereg badań, które wyznaczą zakres wartości tych sił – mówi Bartosz Kawa z W12.

Urządzenie zaprojektowane przez naszych naukowców znajdzie zastosowanie głównie w przemyśle rolniczym. Rolnik będzie mógł sprawdzić całą partię nasion przed wysianiem, żeby mieć gwarancję udanych plonów. Z kolei producenci nasion będą mieli narzędzie do oceny jakości swoich produktów, a także do badań nad bezpośrednim wpływem czynników szkodliwych dla upraw.