毎年、米国の農家は作物の最大12パーセントを病気で、さらに12パーセントを害虫で失います。 病気の植物は、農業産業で何十億ドルもの利益を失います。
問題は、植物の病気は手遅れになる前に見つけるのが難しいことです。 時が経つにつれて、目に見える症状（例えば、しおれた葉、または変色）があります。この病気は治療不可能なほど進行しました。
しかし、植物は病気や攻撃を受けたときに周囲に知らせますが、今までリアルタイムで理解できる方法ではありませんでした。 ジョージア工科大学（ジョージア工科大学）の食品加工技術部門の責任者であるゲイリーマクマリー率いるエンジニアチームは、農家が病気を発病する前に特定し、治療できるように、これらのメッセージを監視およびデコードする方法を開発しました。 彼のビジョン：植物の自然な病気のシグナルをオンザフライでキャプチャして識別するロボットアーム。
すべての植物は、揮発性有機化合物（VOC）の形で自然な信号を生成し、周囲に攻撃しているものを警告します。 McMurrayのシステムは、ガスクロマトグラフの小型化バージョン（マイクロGCと呼ばれる）を使用して、これらの化合物をキャプチャします。 元々20世紀の変わり目に開発されたデバイスは、複雑なサンプル内の化学物質を分離するために使用されます。McMurrayの場合、植物が放出するガスです。 ガスが加熱されてカラムを通過すると、電子センサーがサンプルに含まれる化合物を検出します。
サンプルをつまんだり摘み取ったり、分析のためにラボに戻ったりすることはありません。これには数日から数週間かかることがあります。 マイクロGCが必要とするすべての情報は空中にあります。つまり、病気を治療したり、病気から植物を救ったりすることは、はるかに高速になります。
ガスクロマトグラフィーの用途は作物をはるかに超えています。 たとえば、国土安全保障省は、それらを使用して、特定の種類のガスや有害化学物質を検出します。 また、研究者はそれらを使用して、ヒトの特定の種類の消化器疾患をスクリーニングしています。
従来、クロマトグラフは長さ3〜10メートルの大型デバイスでした。 ナノ材料と製造の進歩により、McMurrayは8ボルトのバッテリーのサイズのものを作成することができました。
「これを構築することはできなかったでしょう。 5年前でも それは不可能だったでしょう」と彼は言います。
McMurrayのマイクロGCは、トラクターやプラウなどの既存の農機具のロボットアームに取り付けることができます。 アームは、植物の葉の上にデバイスを保持し、空気サンプルを収集します。 小型のコンピューターは、基本的なラップトップやiPhoneほど強力ではなく、サンプルからのデータを処理して病原体を特定できます。 ヘリウムをすばやく流すと、センサーが次のサンプルを評価する準備をします。
それらは非常に小さいため、「[1台のロボットに複数のマイクロGCを構築できます」とMcMurray氏は言います。 「1台のトラクターで10個、20個、さらには100個持つことができます。」
つまり、1台のトラクターで茎、根、芽から同時にサンプルを収集できます。
また、マイクロGCシステムを使用して、果物から野菜、穀物まで、すべての食品の病気をスクリーニングできます。
「世界中で出荷されている新鮮な農産物は、さまざまな害虫や病気を運んでいる可能性があります。 何らかのフィールドで展開可能なセンサーやモバイルセンサーがある場合は、植物から発生するVOCを検出できます」とMcMurrayは仮定しています。 「いくつかの非常に大きな問題を解決できます。」
チームは現在、結果がより大きなクロマトグラフの結果と一致することを確認するために、マイクロGCのラボテストを終了しています。 8月または9月に、彼らは最初のフィールドテストを実行します。このテストでは、研究者が桃のフィールドをマイクロGCで調べ、Peachtree Root Rotをテストします。
最初のテストは特定の疾患に焦点を合わせますが、ガスクロマトグラフィーは一度に数十の病原体をスクリーニングすることができます。
この技術を使用しても、植物病理学者は特定の計画および特定の疾患に関連するVOC排出量をマッピングする必要があります。
VOC排出量がすでに十分に文書化されているプラントは、マイクロGCスクリーニングが開始されたときに立ち直ります。 他の人は、診断と治療のためにより多くの時間と研究を必要とします。 「私たちが選んだ病原体、誰も何も知りません」とマクマリーは言います、「しかし、例えば、特定の真菌については多くのことが知られています。」
しかし、ジョージア工科大学のマイクロGCは、使いやすさとスケーラビリティの重要な転換点です、とMcMurray氏は言います。
「私たちが持っているものはユニークだと思います」とマクマリーは言います、「これらの新しい製造プロセスはセンサーのまったく新しい時代を切り開いています。」
