Физики из Центра фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института совместно с коллегами из Тель-Авивского университета обнаружили, что растения могут не только поглощать, но и переизлучать электромагнитные волны. Высокая доля воды внутри растения вызывает множественные электромагнитные резонансы. Например, стебли кактуса опунции (Opuntia ficus-indica), который исследовали ученые, почти на 75–85 % состоят из воды, что и позволило использовать его в качестве естественной широкополосной всенаправленной антенны, работающей в нескольких диапазонах связи Wi-Fi от 900 МГц до 7,7 ГГц. О работе рассказала пресс-служба МФТИ.
«В начале проекта перед нами стояло как минимум две задачи: повышение урожайности с использованием электродинамических свойств растений и применение изученных электродинамических характеристик для улучшения Wi-Fi-связи в лесных массивах. Для этого необходимо было понять, в какие цепочки и связи выстраиваются жидкости в капиллярах растений. У живой системы разные электродинамические параметры. Изучая их с помощью методов СВЧ, мы отслеживаем динамику роста растений и можем наметить грамотный и своевременный уход», — рассказывает руководитель лаборатории радиофотоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Дмитрий Филонов.
Эксперимент по определению диэлектрической проницаемости кактуса. Источник: AIP Publishing
Ученые выяснили, когда листья могут стать электромагнитными резонансными структурами и поглощать или переизлучать энергию. Им удалось найти взаимосвязь между ростом растения и его способностью улучшать или ухудшать Wi-Fi связь. «Изучив электромагнитную структуру, мы захотели решить обратную задачу: использовать систему не с целью поглощения, а с целью излучения, и в этом моменте появилась антенна из кактуса. Она стала реальной проверкой всех наших гипотез: мы знаем, как с точки зрения электродинамики устроено растение, как оно может влиять на сигналы и как это можно использовать для излучения», — резюмирует Дмитрий Филонов.
Ученые математически описали, как устроены поле и резонансы у стебля, подключили к нему источник, и кактус начал генерировать электромагнитное излучение.
Дальнейшие исследования растений как функциональных электромагнитных элементов могут внести свой вклад в общее направление экологически чистых многофункциональных устройств, способствуя развитию зеленых технологий.
Работа опубликована в журнале AIP Publishing.