Setiap tahun, petani Amerika Syarikat kehilangan sehingga 12 peratus daripada tanaman mereka untuk penyakit dan 12 peratus lagi untuk perosak. Merasakan tumbuhan berbilion ringgit dalam keuntungan yang hilang dalam industri pertanian.
Masalahnya ialah, penyakit tumbuhan sukar ditemui sebelum terlambat. Pada masa yang sama terdapat tanda-tanda gejala-daun yang layu, contohnya, atau perubahan warna-penyakit ini telah cukup maju untuk menjadi tidak dapat dielakkan.
Tetapi tumbuhan membiarkan persekitaran mereka tahu apabila mereka sakit atau di bawah serangan, hanya dengan cara yang kita pernah dapat memahami dalam masa nyata-sehingga kini. Satu pasukan jurutera yang diketuai oleh Gary McMurray, ketua bahagian untuk teknologi pemprosesan makanan di Institut Teknologi Georgia (Georgia Tech), telah membangunkan satu kaedah untuk mengawasi dan membacanya mesej-mesej tersebut untuk membolehkan para petani mengenal pasti dan merawat penyakit sebelum mereka mengambil akar. Visi beliau: senjata robotik yang menangkap dan mengenal pasti isyarat penyakit semula jadi tumbuhan dengan cepat.
Semua tumbuhan menghasilkan isyarat semula jadi, dalam bentuk sebatian organik yang tidak menentu (VOCs), untuk memberi amaran kepada persekitaran apa yang menyerang mereka. Sistem McMurray menangkap sebatian tersebut menggunakan versi miniaturisasi kromatografi gas (dipanggil mikro GC). Peranti, yang pada asalnya dibangunkan sekitar pergantian abad ke-20, digunakan untuk memisahkan bahan kimia dalam sampel yang rumit-dalam kes McMurray, gas yang dihasilkan tumbuhan. Oleh kerana gas dipanaskan dan dilalui lajur, dan sensor elektronik mengesan sebatian sampel itu mengandungi.
Tidak ada mencubit atau memetik sampel dan membawanya kembali ke makmal untuk analisis-suatu proses yang boleh mengambil masa beberapa hari atau minggu untuk diselesaikan. Semua maklumat yang diperlukan oleh GC mikro ada di udara, yang bermaksud merawat penyakit, atau menyimpan tumbuh-tumbuhan daripada mereka, boleh menjadi lebih cepat.
Aplikasi untuk kromatografi gas meregang jauh melampaui tanaman. Sebagai contoh, Jabatan Keselamatan Dalam Negeri menggunakannya untuk mengesan beberapa jenis gas dan bahan kimia berbahaya. Dan para penyelidik juga menggunakannya untuk menyaring jenis penyakit pencernaan tertentu pada manusia.
Secara tradisional, kromatografi telah menjadi alat besar di mana saja dari 3 hingga 10 meter panjang; kemajuan dalam nanomaterials dan pembuatan telah membolehkan McMurray mencipta satu saiz bateri 8 volt.
"Kita tidak boleh membina ini; walaupun lima tahun lalu ia tidak akan mungkin, "katanya.
Mikro GC McMurray boleh dipasang ke lengan robot pada peralatan ladang sedia ada, seperti traktor atau bajak. Lengan akan memegang peranti itu di atas daun tumbuhan dan mengumpul sampel udara. Komputer kecil, tidak lebih berkuasa daripada komputer riba asas atau iPhone, kemudian dapat memproses data dari sampel untuk mengenal pasti patogen mana pun; cepat menyiram helium menyediakan sensor untuk menilai sampel seterusnya.
Kerana mereka sangat kecil, "[kita] boleh membina pelbagai GC mikro ke satu robot, " kata McMurray. "Saya boleh mempunyai 10, 20, bahkan 100 daripadanya pada satu traktor."
Ini bermakna satu traktor dapat mengumpulkan sampel dari batang, akar dan tunas secara serentak.
Sistem GC mikro juga boleh digunakan untuk menyaring semua makanan kami-dari buah-buahan hingga sayur-sayuran dan biji-bijian-untuk penyakit.
"Hasil segar yang dihantar di sekitar [dunia] boleh membawa pelbagai jenis perosak atau penyakit. Sekiranya anda mempunyai semacam sensor medan mudah alih atau mudah alih, anda boleh mengesan VOC yang datang dari tumbuh-tumbuhan, "tulis McMurray. "Ia boleh menyelesaikan beberapa masalah yang sangat besar."
Pasukan sedang menamatkan ujian makmal untuk GC mikro untuk memastikan keputusannya konsisten dengan mereka dari kromatografi yang lebih besar. Pada bulan Ogos atau September, mereka akan menjalankan ujian lapangan pertama mereka, di mana seorang penyelidik akan berjalan GC mikro melalui bidang pic untuk menguji Peachtree Root Rot.
Walaupun ujian awal itu akan memberi tumpuan kepada penyakit tertentu, kromatografi gas boleh menyiasat berpuluh-puluh patogen sekaligus, yang juga membezakannya daripada pendekatan lain, kata McMurray.
Walaupun dengan teknologi, ahli patologi tumbuhan masih perlu memetakan pelepasan VOC yang berkaitan dengan rancangan tertentu dan penyakit tertentu.
Tumbuhan yang mana pelepasan VOC telah didokumenkan dengan baik akan mempunyai kaki apabila pemeriksaan mikro GC dijalankan; orang lain akan memerlukan lebih banyak masa dan penyelidikan untuk mendiagnosis dan merawat. "Patogen yang kami pilih, tidak ada yang mengetahui apa-apa, " kata McMurray, "tetapi, misalnya, terdapat banyak diketahui mengenai kulat tertentu."
Tetapi Georgia Tech micro GC merupakan titik perubahan penting dalam kebolehgunaan dan kebolehkerjaan, kata McMurray.
"Apa yang kita fikirkan adalah unik, " kata McMurray, "proses pembuatan baru ini membuka era sensor baru."
