Ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un cerotto elettronico, può essere applicato alle foglie delle piante per monitorare le colture alla ricerca di diversi agenti patogeni – come infezioni virali e fungine – e stress come siccità o salinità. Lo studio è stato pubblicato nella rivista Science Advances.
I ricercatori durante i test hanno scoperto che il cerotto era in grado di rilevare un’infezione virale nei pomodori più di una settimana prima che i coltivatori fossero in grado di rilevare qualsiasi sintomo visibile della malattia.
Qingshan Wei assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la North Carolina State University ha detto:
«Ciò è importante perché i coltivatori prima possono identificare le malattie delle piante o le infezioni fungine, meglio saranno in grado di limitare la diffusione della malattia e preservare il loro raccolto. Inoltre, più rapidamente i coltivatori possono identificare gli stress abiotici, come l’acqua di irrigazione contaminata dall’intrusione di acqua salata, meglio saranno in grado di affrontare le sfide rilevanti e migliorare la resa delle colture».
La tecnologia si basa su un precedente prototipo di cerotto, rilevava le malattie delle piante monitorando i composti organici volatili (COV) emessi dalle piante. Le piante emettono differenti combinazioni di COV in circostanze diverse. Prendendo di mira i COV rilevanti per malattie specifiche o stress delle piante, i sensori possono avvisare gli utenti di problemi specifici.
Yong Zhu, autore corrispondente dello studio e Andrew A. Adams Illustre professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la North Carolina State University, hanno detto:
«I nuovi cerotti incorporano sensori aggiuntivi, che consentono loro di monitorare la temperatura, l’umidità ambientale e la quantità di umidità che viene “espirata” dalle piante attraverso le loro foglie».
I cerotti stessi sono piccoli – lunghi solo 30 millimetri – e sono costituiti da un materiale flessibile contenente sensori ed elettrodi a base di nanofili d’argento. I cerotti sono posti sul lato inferiore delle foglie, che hanno una maggiore densità di stomi – i pori che consentono alla pianta di “respirare” scambiando gas con l’ambiente”.
I ricercatori hanno testato i nuovi cerotti sulle piante di pomodoro nelle serre, hanno sperimentato cerotti che incorporavano diverse combinazioni di sensori. Le piante di pomodoro sono state infettate da tre diversi agenti patogeni: il virus dell’avvizzimento maculato del pomodoro (TSWV); peronospora precoce, che è un’infezione fungina; e la peronospora, che è un tipo di agente patogeno chiamato oomicete. Le piante sono state anche esposte a una varietà di stress abiotici, come eccessiva irrigazione, condizioni di siccità, mancanza di luce e alte concentrazioni di sale nell’acqua.
I ricercatori hanno preso i dati da questi esperimenti, li hanno inseriti in un programma di intelligenza artificiale per determinare quali combinazioni di sensori hanno funzionato in modo più efficace, così da poter identificare sia la malattia sia lo stress abiotico.
Qingshan Wei ha affermato:
«I nostri risultati per rilevare tutte queste sfide sono stati promettenti su tutta la linea, ad esempio, abbiamo scoperto che utilizzando una combinazione di tre sensori su un cerotto, siamo stati in grado di rilevare l’avvizzimento maculato del pomodoro (TSWV) quattro giorni dopo che le piante erano state infettate per la prima volta. È questo un vantaggio significativo, dal momento che i pomodori normalmente non iniziano a mostrare alcun sintomo fisico di TSWV per 10-14 giorni».
I ricercatori dicono che sono a due passi dall’avere un cerotto che i coltivatori possono usare. Innanzitutto, devono rendere i cerotti wireless, una sfida relativamente semplice; in secondo luogo, devono testare i cerotti sul campo, al di fuori delle serre, per assicurarsi che funzionino in condizioni reali.
Yong Zhu in conclusione ha affermato:
«Attualmente stiamo cercando partner dell’industria e dell’agricoltura che ci aiutino a sviluppare e testare questa tecnologia, questo potrebbe essere un progresso significativo per aiutare i coltivatori a evitare che piccoli problemi diventino grandi e aiutarci ad affrontare le sfide della sicurezza alimentare in modo significativo».
