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菠菜成精了!它给我发封邮件,说菜园里有炸弹

|· 本文来自“我是科学家”·|

几十年来,自然赋予了科技无数的灵感。曾经,“鲨鱼皮泳衣”助力成就了泳池神话,模仿壁虎爪子制成的粘性材料让人们可以真正地“飞檐走壁”……人类在观察自然的过程中模仿自然,以此创造出的新奇技术令人赞叹。

但随着我们发现自然的脚步越走越远,技术手段更新换代,我们已不再仅仅停留在模仿自然的层面,而是通过更强大的方式“利用”自然,来回答人类世所面临的各种问题。

菠菜爆炸探测器

追随阳光的向日葵,机智的捕蝇草,敏感的含羞草,这些看似“不动”的植物一直在通过它们自己的方式感知着这个世界,也在向我们传递着信息。近年来,一个全新的领域产生——机器人植物园(cyborg botany)。研究者们试图将自然与技术结合,基于植物非凡的感受能力,制造出能够为人们提供环境及其他数据的机器人。

2016年,来自麻省理工学院的化学工程师Min Hao Wong及其团队将碳纳米管通过气孔植入菠菜的叶子。当植物通过空气或地下水吸入微量爆炸品时,纳米管就会发射出荧光信号。一台对准叶子的小型红外摄像机可以捕捉到这一信号,并将其传递给与之相连的微型电脑树莓派(Raspberry Pi)上。一旦信号触发,系统就可以自动发出一封电子邮件进行提醒。

菠菜爆炸探测器 | Melanie Gonick/MIT

在完成菠菜纳米传感器的开发后,Wong继续探索拓展着这一技术在其他领域的应用,尤其是在农业生产领域中。植物是非常敏感的,在农民们发现干旱或病虫害之前,植物就已经可能对其进行预警。目前Wong带领的新加坡颠覆性和可持续性农业精密技术(DiSTAP)研究中心正努力将这项技术商业化。

每一棵植物都有很多信息可以告诉我们,而我们正在努力学着如何获取这些信息。

让生物发光点亮城市

或许你还记得《少年派的奇幻漂流》中那片梦幻的海洋,夜空下海面泛起了淡蓝色的荧光,迷人深邃。我们这种陆生生物对那些可以产生绚丽光芒的海洋生物痴迷已久。这种生物发光(bioluminescence)现象,激起了法国设计师桑德拉·雷伊(Sandra Rey)的好奇心,促使她把它们带出了海洋。雷伊渴望让生物发光成为陆地上的自然光源,制造出“活着的”灯,可以不用电就发出舒服的光晕,从而减少CO2的排放。

海洋馆中的水母| 拍摄:悲催的铊宝宝

为此,雷伊创立了Glowee公司并担任CEO。Glowee的技术人员致力于融合仿生学和合成生物学,在陆地上制造出那些海洋之灯。他们将来自夏威夷短尾乌贼体内的生物发光基因插入到大肠杆菌当中,并对这些细菌进行培养。通过对DNA进行编辑,工程师们可以控制光的颜色、开关和其他功能。

为了让这些生物光源可以亮得更久,技术人员需要照顾并喂养这些细菌来保证它们可以继续生长。目前,科学家们已经建立了可以持续发光六天的系统。此外,还开发出一种像鱼缸的系统:只要你喂养细菌,它们就开始熠熠发光。

生物发光或许将会用于服装上 | Glowee

形状任意是Glowee研发出的灯的优势之一,不论是标准的路灯还是薄薄的窗胶纸,都可以塑造出来,因此它的应用前景非常广阔。目前这种灯寿命有限,恰好适合用于一些活动或节日场合。由于法国禁止商店在夜晚点亮标志物或橱窗展示,以降低光污染和节省能源,一些商店的店主非常期待能用生物发光的窗胶纸来装饰店面。

雷伊还有一个宏大的终极设想,就是用这些有生命的灯在未来的街道上织出一张发光的网络。随着科技的进步,能源利用率的提高固然有助于降低光所带来的环境足迹。但对于世界上那些获取电力仍有困难的地区,我们或许可以跳过电力光源,直接跨越到生态友好的发光体上,而雷伊正是从海洋中为我们找到了一个答案。

有生命的灯在未来的街道上织出一张发光的网络 | Glowee

 蜜蜂物联网

无人机在农业生产的运用为农民们带来了极大的便利,他们可以在短时间内获取农田的有关信息,极大地提高了生产效率。然而,无人机待机时间短,需要频繁充电也成了它的一大弊病。来自华盛顿大学的工程师们正在试着为田间的熊蜂们安上微小却强大的装备,取代那些笨重的大家伙。

研究者在田间工作 | Mark Stone/University of Washington

曾经有研究者尝试制造模拟昆虫的机器人,但复杂多变的风向和有限的电量都带来了极大的技术困难。这次UW团队则是直接利用蜜蜂类的力学优势:昆虫们早已进化出了应对各种复杂情境的飞行方式,并且它们还可以不断为自己供能。

为了让熊蜂可以成为精准农业的工具,工程师们将传感器、数据存储、记录位置追踪的接收器及一个可充电电池打包成一个102毫克的小背包安装在熊蜂身上。在它们进行日常活动时,传感器可以测量温度和湿度,它们的位置可以通过无线信号进行追踪。当它们回到蜂巢时,数据就可以自动上传,电池则进行无线充电。

背着小背包的熊蜂 | Mark Stone/University of Washington

团队将这项技术称为活的物联网(Living IoT)。它充分利用了生物学的优势来对环境进行监测,构建一个传感器网络,让自然成为领路人。

 预测火山爆发的绵羊和山羊

公元前373年一场大地震的前5天,罗马作家艾利安(Aelian)曾记录下了发生在希腊的奇异现象。老鼠、貂、蛇和其他生物都逃离了镇子。当动物学家马丁·威克尔斯基(Martin Wikelski)高中阶段翻译这段古希腊和罗马文字时,他第一次想到了动物可能具有某种与生俱来的能力,能够感知到即将发生的灾难。

如今威克尔斯基成为了马克斯·普朗克鸟类研究所国际空间动物研究合作组织(ICARUS initiative)的负责人。他通过给动物安上带有GPS的标签来观察动物的群体行为。他发现白鹳可以预警蝗灾的爆发,绿头鸭的位置和体温则可以作为禽流感在人群中播散的提示。

现在他正在通过对山羊的观察来检验“动物可以预知即将到来的地震和火山爆发”这个古老的观点是否正确。当然,这一观点依然极具争议,但对大事件发生前后进行全天候的数据收集无论如何都会提供一些有力的科学佐证。

常年生活在西西里岛埃特纳火山的山羊,它们对火山内部活动有着敏锐的直觉。图片来源:Lorenzo Blangiardi via Flickr CC

2016年,意大利诺尔夏经历了一次强烈的地震,威克尔斯基立即为震中附近农场中饲养的动物佩戴了项圈来监测它们是否在余震到来之前出现任何行为异常。每个项圈中都有一个GPS追踪设备和加速度计。通过这种昼夜不停的监测,研究者可以观察到什么是正常的行为,并且从中找到异常的数据。他们测量到了在余震发生前的2小时到18小时前,动物们的运动加速度都超出背景水平,距离余震震中越远的动物,越早出现“预警”。目前他正着手发表有关这项发现的详细数据。

此外,威克尔斯基希望进一步了解动物们感知这些自然现象的机制。如果动物们仅仅是对地球晃动更加敏感的话,那么地震学家早就应该解决了地震预测的问题。但事实上,在地震前处于高应力的岩石会将带电粒子从矿物中释放,动物们所感知到的可能正是空气中的这些电荷。

威克尔斯基还参与对环太平洋火山带的动物进行标记,通过这个更大的网络了解野外不同动物的行为模式,观测何种“传感器”可以预测自然灾难。与此同时,由于人类行为对世界各地的动物都产生很大影响,或许这张即将绘制出的“动物互联网”可以唤起更多对关心、爱护动物的支持,也带来前所未有的价值。(编译:郭怿暄;编辑:悲催的铊宝宝;审稿:Yuki)

原文链接:http://www.anthropocenemagazine.org/2019/06/hacking-nature/(本文由storythings供稿)

The End

发布于2019-08-12, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳。 如在其他平台看到此文章被盗用,请告诉我们(文章版权保护服务由维权骑士提供)

Lindsey Doermann

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