בכל שנה מאבדים חקלאים אמריקאים עד 12 אחוזים מהיבולים שלהם למחלות ועוד 12 אחוז ממזיקים. צמחים חולים מהווים רווח אבוד של מיליארדי דולרים בענף החקלאות.
הבעיה היא, שקשה לזהות מחלות צמחים לפני שיהיה מאוחר מדי. עם הזמן ישנם תסמינים נראים לעין - עלים נבולים, למשל, או שינוי צבע - המחלה התקדמה דיה להיות בלתי ניתנת לטיפול.
אבל צמחים אכן מאפשרים לסביבתם לדעת מתי הם חולים או מותקפים, פשוט לא באופן שאי פעם הצלחנו להבין בזמן אמת - עד עכשיו. צוות מהנדסים בראשות גארי מקמוריי, ראש החטיבה לטכנולוגיית עיבוד מזון במכון הטכנולוגי בג'ורג'יה (ג'ורג'יה טק), פיתח שיטה לפיקוח ופענוח ההודעות הללו כדי לאפשר לחקלאים לזהות מחלות ולטפל בהן לפני שהן שורשות. החזון שלו: זרועות רובוטיות הלוכדות ומזהות את אותות המחלה הטבעית של הצמחים בזבוב.
כל הצמחים מפיקים אותות טבעיים, בצורה של תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs), כדי להתריע על הסביבה על התוקף אותם. המערכת של מקמוריי לוכדת את אותם תרכובות באמצעות גרסת מיניאטור של כרומטוגרף גז (המכונה מיקרו GC). המכשירים, אשר פותחו במקור סביב תחילת המאה העשרים, משמשים להפרדת כימיקלים בתוך דגימות מורכבות - במקרה של מקמוריי, הגזים שהצמח פולט. כאשר מחממים גז ומועברים דרך עמוד, וחיישן אלקטרוני מגלה את התרכובות שהדגימה מכילה.
אין קמצוץ או מריטת דגימות והפעלתם חזרה למעבדה לניתוח - תהליך שיכול להימשך ימים או שבועות להשלמתו. כל המידע שהמיקרו GC זקוק לו נמצא באוויר, שמשמעותו טיפול במחלות, או הצלת צמחים מהם, עלולה להגיע להרבה יותר מהר.
היישומים לכרומטוגרפיה של גז נמתחים הרבה מעבר לגידולים. המחלקה לביטחון פנים, למשל, משתמשת בהם כדי לאתר סוגים מסוימים של גזים וכימיקלים מסוכנים. החוקרים משתמשים בהם גם לצורך בדיקת סוגים מסוימים של מחלות עיכול אצל בני אדם.
באופן מסורתי, הכרומטוגרפים היו מכשירים גדולים בכל מקום באורך של 3 עד 10 מטרים; ההתקדמות בננו-חומרים וייצור אפשרה ל- McMurray ליצור סוללה בגודל סוללה של 8 וולט.
"לא היינו יכולים לבנות את זה מעולם; אפילו לפני חמש שנים זה לא היה אפשרי, "הוא אומר.
ניתן להרכיב את המיקרו GC של מקמוריי לזרוע רובוטית על ציוד חקלאי קיים, כמו טרקטור או מחרשה. הזרוע הייתה מחזיקה את המכשיר מעל עלי הצמח ואוספת דגימות אוויר. מחשב קטן, שאינו חזק יותר ממחשב נייד או אייפון בסיסי, יכול לעבד נתונים מהדגימות כדי לזהות פתוגנים כלשהם; סומק מהיר של הליום מכין את החיישן להעריך את הדגימה הבאה שלו.
מכיוון שהם כל כך קטנים, "[אנחנו יכולים לבנות GCs מיקרו מרובים על רובוט אחד", אומר מקמוריי. "יכול להיות שיש לי 10, 20, ואפילו 100 מהם על טרקטור בודד."
המשמעות היא שטרקטור אחד יכול לאסוף דגימות מגבעולים, שורשים וניצנים בו זמנית.
ניתן להשתמש במערכת ה- GC של המיקרו כדי לסקר את כל המזון שלנו - מפירות ועד ירקות ודגנים - למחלות.
תוצרת טרייה שנשלחת ברחבי העולם עלולה לשאת מזיקים או מחלות שונות. אם יש לך איזשהו חיישן הניתן לפרוס שדה או נייד, אתה יכול לאתר את ה- VOCs שיוצאים מהצמחים, "מפרסם מקמוריי. "זה יכול לפתור כמה בעיות מאוד גדולות."
הצוות מסיים כעת את בדיקות המעבדה עבור ה- GC המיקרו כדי לוודא שהתוצאות שלו תואמות את התוצאות של כרומטוגרפים גדולים יותר. באוגוסט או ספטמבר הם יערכו את מבחן השדה הראשון שלהם, בו יוביל חוקר במיקרו GC דרך שדות אפרסק לבדיקת Potstree Root Rot.
בעוד שבדיקה ראשונית זו תתמקד במחלה ספציפית, כרומטוגרפיה של גז יכולה לסקר עשרות פתוגנים בבת אחת, מה שמבדיל אותה גם מגישות אחרות, אומר מקמוריי.
אפילו עם הטכנולוגיה, פתולוגים מהצומח עדיין יצטרכו למפות את פליטת ה- VOC הקשורה לתכניות מסוימות ומחלות מסוימות.
צמחים שפליטת ה- VOC שלהם כבר מתועדים היטב יעמדו לרשותם כאשר הקרנת מיקרו GC תצא לדרך; אחרים ידרשו זמן רב יותר ומחקר לאבחון וטיפול. "הפתוגן שבחרנו, אף אחד לא יודע עליו כלום", אומר מקמוריי, "אבל למשל ידוע הרבה על פטריות מסוימות."
אבל מיקרו GC של ג'ורג'יה טק הוא נקודת מפנה חשובה בשימושיות ובמדרגיות, אומר מקמוריי.
"מה שיש לנו לדעתנו הוא ייחודי, " אומר מקמוריי, "תהליכי הייצור החדשים הללו פותחים עידן חדש של חיישנים."
