Cấy mạch biến hoa hồng thành robot

Các nhà khoa học Thụy Điển cấy ghép thành công một mạch điện nhỏ vào thân cây hoa hồng, giúp tăng sức chịu đựng thời tiết khắc nghiệt và năng suất.

Hoa hồng với các mạch điện tử tự sắp xếp bên trong thân. Ảnh: Linköping University

Theo Live Science, các nhà khoa học cấy các mạch điện tử polymer rất nhỏ vào trong thân cây. Nhờ vào cấu trúc bên trong của hoa hồng, chúng sẽ tự sắp xếp thành mạch điện.

"Thực vật sẽ giúp sắp xếp thiết bị điện tử bên trong nó", Magnus Berggren, nhà nghiên cứu điện tử hữu cơ thuộc Đại học Linköping, Thụy Điển, đồng tác giả của công trình đăng hôm 20/11 trên tạp chí khoa học Science Advances, cho biết.

Thực vật tích hợp thiết bị điện tử (cyberplant) trong tương lai sẽ giúp hoa kiểm soát thời điểm nở, tránh lúc sương giá, hoặc khi nào cần tiết ra hormone để chống lại hạn hán. Nó cũng giúp nâng cao năng suất cây trồng khi có điều kiện thời tiết thuận lợi, theo Berggren.

Berggren và cộng sự đã làm việc trong lĩnh vực này trong khoảng một thập kỷ. Nhóm nghiên cứu tập trung vào hoa hồng vì có đủ các thành phần đặc trưng của thực vật: vỏ, lá, cuống lá (nối lá với cành) và hệ thống rễ đặc biệt. Ngoài ra, chúng còn nhỏ gọn, cứng cáp và phổ biến.

Thử thách đầu tiên là cấy ghép hệ thống dây dẫn điện. Nhiều thử nghiệm đã thất bại, một số kích thích cây giải phóng hợp chất độc hại. Một số khác làm tắc mạch gỗ hoặc mô mạch cây - bộ phận làm nhiệm vụ vận chuyển nước bên trong thân cây.

Nhóm nghiên cứu chỉ thành công khi cắt cành hoa hồng và cắm vào dung dịch với nhiều biến thể của hợp chất hữu cơ polymer PEDOT-S:H. Đây là hợp chất có tính dẫn điện tốt trong nước. Ý tưởng này do tác giả chính của nghiên cứu, Eleni Stavrinidou, làm việc tại phòng thí nghiệm của Berggren nghĩ ra.

Sau khi cành hoa hồng ngâm trong dung dịch PEDOT-S:H từ 1-2 ngày, lớp vỏ ngoài được lột bỏ, để lộ các "dây dẫn" nhỏ bằng vật liệu polymer hữu cơ dài khoảng 5 cm.

"Khi nhìn thấy những đoạn dây dẫn này, tôi lập tức tin rằng có thể tạo ra các mạch điện tử bên trong thực vật", Berggren nói.

Dự đoán của Berggren là chính xác. Vài ngày sau, nhóm nghiên cứu chứng minh được các đoạn dây dẫn này có tính dẫn điện. Từ đây, các linh kiện điện tử như bóng bán dẫn, một thành phần cơ bản của mạng lưới cảm biến cũng đã được tạo ra bằng công nghệ tự sắp xếp.

"Nếu kết hợp các cảm biến này với thiết bị chuyển, chúng tôi có thể tạo ra một hệ thống thần kinh để ghi lại, cảm nhận và điều chỉnh các chức năng sinh lý của thực vật", Berggren cho biết.

Tới nay, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công một mạng lưới điện dài khoảng 20 cm. Công nghệ sử dụng cho các loài thực vật có cấu tạo khác hoa hồng, như cần tây, chỉ có một chút khác biệt, theo Berggren.

Đối với cây lương thực, các nhà khoa học cần phải chỉ ra rằng các chất polymer hữu cơ không ngấm vào trong trái cây, hạt hoặc các phần ăn được của cây. Nhóm nghiên cứu cũng hy vọng sẽ sử dụng được hóa chất sinh học như chlorophyll để tạo ra các mạch điện tử, tránh gây ô nhiễm môi trường.

"Chúng tôi có thể tinh chế chính những chất có trong thực vật để chế tạo các chất bán dẫn và chất dẫn rồi đưa trở lại vào thực vật", Berggren nói.

Nguyễn Thành Minh