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Aug. 13 2019

菠菜成精了!它給我發封郵件,說菜園裡有炸彈

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  • 菠菜爆炸探測器| Melanie Gonick/MIT

  • 海生館中的水母| 拍攝:悲催的鉈寶寶

  • 生物發光或許將會用於服裝上| Glowee

  • 有生命的燈在未來的街道上織出一張發光的網絡| Glowee

  • 研究者在田間工作| Mark Stone/University of Washington

  • 背著小背包的熊蜂| Mark Stone/University of Washington

  • 常年生活在西西里島埃特納火山的山羊,它們對火山內部活動有著敏銳的直覺。圖片來源:Lorenzo Blangiardi via Flickr CC

生物能做的事情,超乎你的想象

幾十年來,自然賦予了科技無數的靈感。曾經,「鯊魚皮泳衣」助力成就了泳池神話,模仿壁虎爪子製成的黏性材料讓人們可以真正地「飛簷走壁」……人類在觀察自然的過程中模仿自然,以此創造出的新奇技術令人讚歎。

但隨著我們發現自然的腳步越走越遠,技術手段更新換代,我們已不再僅僅停留在模仿自然的層面,而是通過更強大的方式「利用」自然,來回答人類世(Anthropocene)所面臨的各種問題。

菠菜爆炸探測器

追隨陽光的向日葵,機智的捕蠅草,敏感的含羞草,這些看似「不動」的植物一直在通過它們自己的方式感知著這個世界,也在向我們傳遞著訊息。近年來,一個全新的領域產生──機器人植物學(cyborg botany)。研究者們試圖將自然與技術結合,基於植物非凡的感受能力,製造出能夠為人們提供環境及其他數據的機器人。

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2016年,來自麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)的化學工程師王明豪(Min Hao Wong,音譯)及其團隊將碳奈米管通過氣孔植入菠菜的葉子。當植物通過空氣或地下水吸入微量爆炸品時,奈米管就會發射出螢光訊號。一台對準葉子的小型紅外線攝影機可以捕捉到這一訊號,並將其傳遞給與之相連的樹莓派微型電腦(Raspberry Pi)上。一旦訊號觸發,系統就可以自動發出一封電子郵件進行提醒。

菠菜爆炸探測器| Melanie Gonick/MIT

在完成菠菜奈米感應器的開發後,王明豪繼續探索拓展著這一技術在其他領域的應用,尤其是在農業生產領域中。植物是非常敏感的,在農民們發現乾旱或病蟲害之前,植物就已經可能對其進行預警。目前王明豪帶領的新加坡顛覆性和可持續性農業精密技術(DiSTAP)研究中心正努力將這項技術商業化。

每一棵植物都有很多訊息可以告訴我們,而我們正在努力學著如何獲取這些訊息。

讓生物發光點亮城市

或許你還記得《少年派的奇幻漂流》(Life of Pi)中那片夢幻的海洋,夜空下海面泛起了淡藍色的螢光,迷人深邃。我們這種陸生生物對那些可以產生絢麗光芒的海洋生物痴迷已久。這種生物發光(bioluminescence)現象,激起了法國設計師桑德拉.雷伊(Sandra Rey)的好奇心,促使她把它們帶出了海洋。雷伊渴望讓生物發光成為陸地上的自然光源,製造出「活著的」燈,可以不用電就發出舒服的光暈,從而減少CO2的排放。

海生館中的水母| 拍攝:悲催的鉈寶寶

為此,雷伊創立了Glowee公司並擔任CEO。Glowee的技術人員致力於融合仿生學和合成生物學,在陸地上製造出那些海洋之燈。他們將來自夏威夷短尾烏賊體內的生物發光基因插入到大腸桿菌當中,並對這些細菌進行培養。通過對DNA進行編輯,工程師們可以控制光的顏色、開關和其他功能。

為了讓這些生物光源可以亮得更久,技術人員需要照顧並餵養這些細菌來保證它們可以繼續生長。目前,科學家們已經建立了可以持續發光六天的系統。此外,還開發出一種像魚缸的系統:只要你餵養細菌,

生物發光或許將會用於服裝上| Glowee

形狀任意是Glowee研發出的燈的優勢之一,不論是標準的路燈還是薄薄的窗貼,都可以塑造出來,因此它的應用前景非常廣闊。目前這種燈壽命有限,恰好適合用於一些活動或節日場合。由於法國禁止商店在夜晚點亮標誌物或櫥窗展示,以降低光汙染和節省能源,一些商店的店主非常期待能用生物發光的窗貼來裝飾店面。

雷伊還有一個宏大的終極設想,就是用這些有生命的燈在未來的街道上織出一張發光的網絡。隨著科技的進步,能源利用率的提高固然有助於降低光所帶來的環境足跡。但對於世界上那些獲取電力仍有困難的地區,我們或許可以跳過電力光源,直接跨越到生態友善的發光體上,而雷伊正是從海洋中為我們找到了一個答案。

有生命的燈在未來的街道上織出一張發光的網絡| Glowee

蜂物聯網

無人機在農業生產的運用為農民們帶來了極大的便利,他們可以在短時間內獲取農田的有關訊息,極大地提高了生產效率。然而,無人機待機時間短,需要頻繁充電也成了它的一大弊病。來自華盛頓大學(University of Washington)的工程師們正在試著為田間的熊蜂們安上微小卻強大的裝備,取代那些笨重的大傢伙。

研究者在田間工作| Mark Stone/University of Washington

曾經有研究者嘗試製造模擬昆蟲的機器人,但複雜多變的風向和有限的電量都帶來了極大的技術困難。這次華盛頓大學團隊則是直接利用蜜蜂類的力學優勢:昆蟲們早已進化出了應對各種複雜情境的飛行方式,並且它們還可以不斷為自己供能。

為了讓熊蜂可以成為精準農業的工具,工程師們將感應器、數據存儲、記錄位置追踪的接收器及一個可充電電池打包成一個102毫克的小背包安裝在熊蜂身上。在它們進行日常活動時,感應器可以測量溫度和溼度,它們的位置可以通過無線信號進行追踪。當牠們回到蜂巢時,數據就可以自動上傳,電池則進行無線充電。

背著小背包的熊蜂| Mark Stone/University of Washington

團隊將這項技術稱為活的物聯網(Living IoT)。它充分利用了生物學的優勢來對環境進行監測,構建一個感應器網絡,讓自然成為領路人。

 預測火山爆發的綿羊和山羊

公元前373年一場大地震的前5天,古羅馬作家埃利安(Aelian)曾記錄下了發生在希臘的奇異現象。老鼠、貂、蛇和其他生物都逃離了鎮子。當動物學家馬丁.威克爾斯基(Martin Wikelski)在高中翻譯這段古希臘和羅馬文字時,他第一次想到了動物可能具有某種與生俱來的能力,能夠感知到即將發生的災難。

如今威克爾斯基成為了馬克斯普朗克鳥類研究所(Max Planck Institute of Ornithology)國際太空動物研究合作組織(ICARUS Initiative)的負責人。他通過給動物安上帶有GPS的標籤來觀察動物的群體行為。他發現白鸛可以預警蝗災的爆發,綠頭鴨的位置和體溫則可以作為禽流感在人群中播散的提示。

現在他正在透過對山羊的觀察來檢驗「動物可以預知即將到來的地震和火山爆發」這個古老的觀點是否正確。當然,這一觀點依然極具爭議,但對大事件發生前後進行全天候的數據收集無論如何都會提供一些有力的科學佐證。(編譯:郭懌暄;編輯:悲催的鉈寶寶;審稿:Yuki)

常年生活在西西里島埃特納火山的山羊,它們對火山內部活動有著敏銳的直覺。圖片來源:Lorenzo Blangiardi via Flickr CC

文章來源:http://www.anthropocenemagazine.org/2019/06/hacking-nature/(本文由storythings供稿)

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),這是一個開放、多元的泛科技主題網站,提供負責任、有智趣的科技主題內容,歡迎關注他們。如需轉載請直接聯繫sns@guokr.com。

DEC. 2019

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