تفصل الأيونات عبر القنوات إلى قطبين كهربائيين تماما مثل البطارية. الشحنة المتولدة ليست كبيرة، لكننا نجمعها بمرور الوقت لنستخدمها في إرسال المعلومات لاسلكيا إلى محطة مركزية، وهو تأخير زمني مقبول جدا في الزراعة".

بحسب الباحثين، فهذا العمل يمثل أول منصة استشعار متكاملة توضع داخل النبات وتعمل كليا بطاقة الرطوبة الذاتية، مما يتيح رصد مؤشرات عطش الأوراق وتغير محيط الساق في آن واحد دون الحاجة إلى بطاريات كيميائية قد تضر بالبيئة ويصعب التخلص منها أو تدويرها في الحقول الشاسعة.

فن الكيريغامي لتتبع نمو الساق

الشق الثاني من النظام مخصص للساق، وهو مستوحى من "الكيريغامي"، وهو فن ياباني تقليدي يعتمد على قص الورق وتمديده بمرونة فائقة. صمم الباحثون مستشعرا هندسيا مرنا يعرف بمستشعر التمدد والمرونة، يلتف حول الساق كضمادة مطاطية دون أن يضغط عليها أو يعيق نموها الطبيعي.

تم طلاء هذا الشريط بنوع من الهلام الذكي المبتكر والمصمم خصيصا ليتحمل الجفاف والحرارة الشديدة دون أن يجف أو يتجمد، مقارنة بالهلام المائي التقليدي الذي يتبخر ماؤه بسرعة تحت أشعة الشمس المباشرة.

عندما تمتص الساق الماء وتتوسع، يتمدد المستشعر وتتغير مقاومته الكهربائية، وعندما تعطش النبتة وينكمش قطر الساق، يتقلص الشريط مجددا. ومن خلال هذه الحركة المرنة الشبيهة بآلة الأكورديون، يرصد النظام التغيرات الدقيقة في نمو قطر الساق بدقة عالية تقاس بالميكرومتر.

يقول سمير: "من المهم معرفة كيف تستجيب النباتات للإجهاد؛ فالأنواع المختلفة وسلالاتها لديها استجابات متنوعة". ويضيف أن الزارع الذي "يحاول تحسين استخدام السماد أو معالجة المياه في أوقات التغير المناخي والندرة، من الضروري له مراقبة رطوبة الأوراق وتغير الساق معا لمعرفة كلا الأمرين".

يتساءل الكثيرون عن كيفية وصول هذه البيانات الحيوية إلى المزارع في الحقل. يحتوي النظام على دائرة إلكترونية دقيقة ومنخفضة الطاقة ومثبتة على النبات، تجمع البيانات وتعالجها بشكل فوري. هذه الدائرة تعمل كليا بالطاقة الكهربائية المجمعة من مولد الرطوبة، ويمكن ربطها بوحدات إرسال لاسلكية لتبث إشارات إنذار مبكر ومعلومات واضحة إلى تطبيق خاص على هاتف المزارع الذكي أو حاسوبه الشخصي، مما يتيح له معرفة حالة كل نبتة بدقة وسهولة.

اختبر الفريق البحثي هذا النظام المتكامل على نباتات الفلفل الحلو تحت ظروف بيئية متنوعة، شملت الري المنتظم، ومنع المياه لمحاكاة الجفاف، والري بماء مالح لمحاكاة إجهاد الملوحة. وأظهرت النتائج دقة فائقة في التقاط التغيرات الفيسيولوجية. فعند عطش النبات ترتفع قيمة عجز ضغط بخار الماء، وهو المؤشر الذي يقيس مدى جفاف الجو مقارنة بالرطوبة داخل الورقة، وفي الوقت نفسه تبدأ الساق في الانكماش بشكل طفيف، وهي إشارات رصدها النظام على الفور وبثها بدقة إلى المستخدمين.

كما نجح النظام في رسم صورة واضحة ودقيقة تفوق ما كان يراه العلماء سابقا لكيفية انتقال المياه وديناميكيتها داخل النبتة. فرصد الوشم الموضوع على الأوراق السفلية القريبة من الأرض زيادة في الرطوبة أولا بعد عملية الري، تلتها زيادة في رطوبة الأوراق العليا بعد مرور 225 دقيقة، مما منحهم فهما عميقا لآلية انتقال المياه من الجذور إلى القمة.