ปัจจุบันนวัตกรรมแผ่นแปะและอุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะเพื่อติดตามผลทางสุขภาพของมนุษย์มีความหลากหลายและแม่นยำมากขึ้นเพื่อช่วยประเมินการทำงานของระบบต่างๆในร่างกายว่ายังทำงานได้เป็นปกติหรือไม่ แผ่นแปะหรืออุปกรณ์ที่สัมผัสกับผิวของมนุษย์ถูกออกแบบมาให้ปลอดภัย ไม่ระคายเคืองหรือไม่ก่อให้เกิดการอักเสบแทรกซ้อน เช่น ระบายความร้อนและความชื้นได้ดี และนวัตกรรมทางการแพทย์นี้ก็กำลังขยายไปในภาคการเกษตรด้วยเช่นกัน

แม้ว่าพืชจะไม่ได้มีระบบอวัยวะเช่นกันเดียวกับมนุษย์ แต่น้ำเลี้ยงของพืชสามารถนำสารอาหาร แร่ธาตุและสารที่ต้นไม้สังเคราะห์ได้ลำเลียงไปตามส่วนต่างๆของพืช คล้ายกับระบบเลือดของมนุษย์ นักวิจัยจึงมีแนวคิดในการติดตามสุขภาพของพืชแบบเรียลไทม์ด้วยแผ่นแปะที่มีเซ็นเซอร์เพื่อติดตามค่าไอออน ฮอร์โมน และแร่ธาตุในพืช แผ่นแปะสำหรับพืชมีทั้งแบบเจาะหรือไม่เจาะเข้าไปในเนื้อพืช แต่แผ่นแบบที่เจาะเข็มขนาดไมโครเข้าไปในเนื้อของพืชสร้างความเสียหายต่อเนื้อเยื่อของพืชอย่างถาวร และแผลที่เกิดขึ้นก็จะทำให้การอ่านค่าต่างๆ ไม่ถูกต้อง ความท้าทายของการออกแบบแผ่นแปะคือพืชไม่สามารถสื่อสารว่าคันหรือแพ้ได้ การคิดค้นวัสดุของแผ่นแปะที่หลีกเลี่ยงการแพ้ของพืช คงสมบัติยึดติดระหว่างเซ็นเซอร์และใบพืชได้ดี และช่วยให้อ่านค่าไอออนและสารต่างๆจากพืชได้ถูกต้องจึงเป็นหัวข้อที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนันยาง ประเทศสิงคโปร์เลือกมาศึกษา แม้ว่าสิงคโปร์จะมีพื้นที่เกษตรอยู่น้อยมากก็ตาม

วัสดุที่พัฒนาขึ้นเป็นพอลิเมอร์ที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิ มีโครงสร้างพอลิเมอร์ 3 ชนิดเชื่อมต่อกันคือ พอลิเอทิลีนไกลคอล พอลิโพรพิลีนไกลคอล และพอลิคาโปรแลคโตน รวมเรียกว่า “EPC” ที่เมื่อหยดบนพืชแล้วสามารถเปลี่ยนจากของเหลวให้กลายเป็นเจลได้ใน 1 วัน เมื่อแห้งแล้วสามารถช่วยนำสัญญาณจากพืชไปยังเซ็นเซอร์ได้ดี นานกว่า 30 วัน และให้ผลการอ่านค่าถูกต้องเทียบเท่ากับ อิเล็กโทรดทองมาตรฐานที่แปะด้วยเจลที่มีเกลือและต้องทาเจลใหม่ก่อนวัดทุกครั้ง การสร้างแผ่นแปะจาก EPC นี่ยังมีความเข้ากันทางชีวภาพ (Biocompatibility) และความเสถียรของสัญญาณมากกว่าแผ่นแบบเข็มไมโคร (Micro-needles) และเมื่อเทียบกับวัสดุอะคริลิกที่นิยมแปะผิวมนุษย์ แผ่นแปะ EPC ไม่ทำให้ผิวใบพืชเสียหายเมื่อลอกออกต่างกับอะคริลิกที่ยึดแน่นจนทำให้ใบพืชเสียหาย

นอกจากศึกษาสมบัติทางกายภาพของวัสดุ EPC กับผิวใบของพืชแล้ว ยังนำไปใช้งานจริงในการทดสอบผลการเปลี่ยนแปลงของช่วงเวลาที่ให้แสงกับพืช พบว่า หากพืชได้รับแสงลง (จาก 16 เหลือ 8 ชั่วโมง) หรือ เพิ่มเวลารับแสง (จาก 8 เป็น 16 ชั่วโมง) ส่งผลให้สัญญาณไฟฟ้าจากพืชลดลงทั้งสิ้น หมายความว่าพืชมีความเครียดมากขึ้น และการลดเวลาได้รับแสงทำให้พืชเครียดได้มากกว่าการเพิ่มแสง 

นวัตกรรมทางวัสดุศาสตร์และการแพทย์ไม่เพียงสร้างขึ้นเพื่อมนุษย์เท่านั้น ยังสามารถประยุกต์ใช้กับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ อย่างเป็นมิตรได้ด้วย และนอกจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการเก็บข้อมูลโดยตรงแล้ว วัสดุที่ใช้ประกอบอื่น ๆ ก็มีส่วนช่วยให้การใช้งานเทคโนโลยีมีประสิทธิ์ภาพสูงสุดและกลายเป็นส่วนหนึ่งของ Smart Farming หรือเกษตรอัจฉริยะได้

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

Wong, Y. J., Luo, Y., Li, W., Grate, E. V. L., Zhang, F., Lv, Z., Lin, Q., Zhang, M., Miao, Y., Loh, X. J., & Chen, X. (n.d.). Adaptable thermoresponsive polymer for long-term electrical coupling in plant electrophysiology monitoring. Science Advances, 12(4), eady1400. https://doi.org/10.1126/sciadv.ady1400

Created by