Những bước tiến mới trong việc áp dụng công nghệ vào sinh vật

Khi công nghệ dần trở nên hiện đại, con người ngày càng phát minh ra những kỹ thuật tiên tiến hơn để nghiên cứu và quan sát thế giới tự nhiên.

Nhiều năm nay, các nhà khoa học đã tìm cách tích hợp công nghệ mới vào động thực vật để giải quyết một số vấn đề trong đời sống.

Rau spinach phát hiện chất nổ

Các nhà khoa học đã phát hiện ra cách biến rau spinach thành một loại cảm biến môi trường có khả năng cảnh báo sự hiện diện của chất nổ. Đây là một phần trong lĩnh vực cyborg botany (công nghệ mới kết hợp cảm biến thực vật với công nghệ điện tử để điều khiển robot, cung cấp dữ liệu môi trường…).

Năm 2016, kỹ sư hóa học Min Hao Wong và nhóm nghiên cứu của ông tại đại học MIT đã chuyển các ống nano carbon qua khí khổng vào lá rau spinach. Khi có chất nổ trong không khí hoặc nước ngầm, các ống nano trên lá cây sẽ nhận biết và phát huỳnh quang. Để nhận được tín hiệu, nhóm của Wong đã gắn camera hồng ngoại trên lá rồi liên kết với máy tính nhỏ gọn Raspberry Pi. Khi camera phát ra tín hiệu, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo qua email.

Sau nghiên cứu này, Wong cùng cộng sự đã tiếp tục nghiên cứu áp dụng các ứng dụng công nghệ khác vào nông nghiệp. Thực vật rất nhạy cảm, có thể nhận biết và phát tín hiệu cảnh báo hạn hán hoặc dịch bệnh trước khi nông dân phát hiện ra. Nếu biết cách đọc và phân tích các dấu hiệu đó, chúng ta sẽ giải quyết được một số vấn đề trong cuộc sống.

Phát quang sinh học thắp sáng thành phố

Nhiều người rất ngạc nhiên khi  thấy một số loài mực, sứa và sinh vật biển tự phát ra ánh sáng (phát quang sinh học). Sự tò mò khiến nhà thiết kế người Pháp Sandra Rey tìm cách mang những ánh sáng này lên đất liền. Cô đã nghiên cứu và phát minh ra những chiếc đèn phát quang sinh học có thể chiếu sáng mà không cần điện.

Rey đã sáng lập ra Glowee, công ty chuyên kết hợp giữa mô phỏng sinh học (biomimicry) với sinh học tổng hợp (synthetic biology) để sản xuất đèn phát quang. Cô lên ý tưởng áp dụng công nghệ phát quang sinh học để thay thế đèn điện thông thường nhằm giảm khí thải CO2 và bảo vệ môi trường.

Để tạo ra công nghệ này, các kỹ thuật viên của Glowee đã chèn gen phát quang từ một loài mực ống Hawaii vào vi khuẩn E.coli và nuôi cấy chúng phát triển. Bằng cách lập trình DNA, các kỹ sư có thể kiểm soát màu sắc vi khuẩn và điều khiển tắt/bật ánh sáng… Tất nhiên vi khuẩn cần được chăm sóc đúng cách để tiếp tục duy trì phát sáng, Glowee đang nghiên cứu cách để giữ ánh sáng lâu hơn.

Hiện tại, Glowee đang có một hệ thống có thể tồn tại tối đa 6 ngày và một hệ thống khác hoạt động như bể cá – phát sáng ngay khi cho ăn. Đèn phát quang sinh học của Glowee có thể thay đổi đủ hình dạng, thời gian chiếu sáng phù hợp với các sự kiện hoặc lễ hội. Công nghệ này đặc biệt hữu dụng với những nước bị cấm chiếu đèn về đêm nhằm giảm ô nhiễm ánh sáng và tiết kiệm năng lượng. Nhưng hiện tại vẫn cần thêm thời gian nghiên cứu để ứng dụng phát quang sinh học thắp sáng những khu vực thiếu điện trên thế giới.

Ong hỗ trợ nông nghiệp

Bumblebee (ong vò vẽ) có thể mang theo “balo” chứa cảm biến theo dõi vị trí trên lưng. Các nhà khoa học đang nghiên cứu cách sử dụng ong để thay thế drone (máy bay không người lái) mà nông dân sử dụng để quan sát và theo dõi cánh đồng. Các kỹ sư tại đại học Washington đang tìm cách tích hợp các thiết bị nhỏ và mạnh hơn vào côn trùng để thực hiện một số công việc thay cho những thiết bị cồng kềnh, phải sạc thường xuyên, không di chuyển được do thiếu năng lượng.

Những nhà nghiên cứu từng phát minh ra robot côn trùng, nhưng những thiết bị thu nhỏ đó không thể bay xa trong điều kiện xấu (bị ăn mất do tưởng nhầm là côn trùng thật, không chịu được thời tiết…) và bị giới hạn năng lượng.

Các nhà khoa học đang chuyển hướng sang tích hợp công nghệ lên những con ong thật. Nhờ sự tiến hóa, côn trùng có khả năng bay, điều hướng trong mọi điều kiện thời tiết mà không sợ hết pin.

Để làm cho ong hoạt động như những công cụ nông nghiệp, các kỹ sư đã kết hợp cảm biến, lưu dữ liệu, máy thu để theo dõi vị trí và pin sạc vào thành một gói chỉ nặng 102 mg. Nếu ong hoạt động, các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm và vị trí sẽ được theo dõi qua tín hiệu radio. Khi chúng quay về tổ, dữ liệu sẽ tự động tải lên và pin tích hợp trên lưng ong được tự sạc không dây.

Động vật dự đoán thảm họa môi trường

Trong một số tài liệu Hy Lạp và La Mã cổ đại, tác giả Aelian người La Mã đã ghi chép lại trận động đất lớn xảy ra năm 373 trước Công nguyên, khi đó nhiều loài động vật như chuột, rắn… đã đã đoán trước và chạy trốn khỏi thị trấn trước đó.

Nhà động vật học Martin Wikelski tìm cách xác thực xem liệu lý thuyết của tác giả Aelian có chính xác hay không. Ông đã gắn thẻ GPS cho nhiều loài động vật lớn nhỏ khác nhau và quan sát hành vi của chúng trước điều kiện môi trường bất thường.

Ông nhận ra sự hiện diện của cò trắng cho thấy nạn bùng phát châu chấu, vị trí và nhiệt độ cơ thể vịt trời có thể báo hiệu sự lây lan của cúm gia cầm. Chắc chắn đó vẫn là một ý tưởng gây tranh cãi, nhưng có lẽ việc thu thập dữ liệu 24/7 có thể giúp đánh giá khách quan hơn luận điểm này.

Trước trận động đất mạnh làm rung chuyển Norcia (Italy) năm 2016, Wikelski đã gắn vòng cổ chứa thiết bị GPS và cảm biến gia tốc trên tất cả những con vật gần khu vực xảy ra thảm họa để theo dõi hành vi của chúng.

Sau đó Wikelski và những cộng sự của ông đã nhận thấy các con vật cùng nhau tăng tốc độ trước khi trận động đất xảy ra. Thời gian cảnh báo trước thảm họa là từ 2 đến 18 giờ, tương ứng với những tài liệu La Mã cổ đại.

Wikelski đang nghiên cứu cơ chế khiến động vật cảm nhận được các hiện tượng tự nhiên. Nếu động vật có giác quan nhạy cảm với môi trường, các nhà địa chấn học có thể dựa vào chúng để dự báo thiên tai. Một giả thuyết khác là trước khi động đất xảy ra, đá chịu áp lực cao đẩy một số khoáng chất ra môi trường, động vật đã cảm nhận được sự thay đổi điện tích trong không khí.

Trong tương lai, Wikelski muốn gắn thẻ vào một quần thể sinh vật lớn hơn xung quanh vành đai núi lửa để thống kê, phân tích hành vi và dự đoán thảm họa thiên nhiên. Ông hy vọng con người sẽ nhận ra giá trị tích cực của các loài động vật và tìm cách bảo tồn thay vì săn bắt và tiêu diệt.

Theo The Next Web