随着环境压力对园艺和农业的影响不断加剧，能够早期且准确洞察植物健康状况并实现单株植物干预的工具，成为提高作物产量的关键。近日，康奈尔大学研究人员的一项创新成果，为这一领域带来了新的希望。

康奈尔大学的研究团队开发出一种软体机器人装置，该装置可轻柔抓住活体植物叶子，并向其中注入传感器与遗传物质。它不仅能以可靠且对植物安全的方式，安全、可重复地输送传感器和遗传物质，为精准农业和数据驱动农业迈出关键一步，未来还可用于植物生物工程。相关研究成果已发表在《科学机器人》杂志上。

康奈尔大学西布利机械和航空航天工程学院教授、CROPPS研究负责人罗伯特·F·谢泼德表示，精准农业正朝着单株植物水平干预及其周围土壤的方向努力，植物和人类一样，对环境有不同反应。当前，园艺家、农民和农学家正面临干旱、肥料流失等日益增大的环境压力，通过在叶片中植入传感器，研究人员能够监测干旱或过量施肥对植物的影响。

为演示该装置功能，团队使用夹持器递送了两种探针。AquaDust是一种微小凝胶颗粒，在水分胁迫下会发出荧光，可非侵入性地监测植物水合水平;RUBY是一种基因编码的生物报告基因，能在植物发生基因转化的地方产生红色色素。第一作者Mehmet Mert Ilman称，借助AquaDust和RUBY，能够“看到”叶子内部的水分胁迫以及基因转化情况，通过机器人改变植物叶子局部基因并看到其变化的过程令人着迷。

研究人员在向日葵和棉花叶片上对该装置进行了测试，这两种植物结构抗渗透性强。结果显示，该夹持器输送成功率超过91%，造成的损伤远小于基于注射器的方法，且有效渗透面积扩大了12倍以上。软体机器人系统无需手动操作，能更均匀地输送物料，对坚韧植物损伤极小，是对传统手动方法(如真空渗透法和针头注射法)的改进，对园艺作物尤为重要。

该装置通过可容纳纳米颗粒或基因探针的海绵尖端施加轻柔、均匀的压力，软材料和执行器的设计经模拟软件和3D打印技术优化，使抓取器能处理各种类型和形状的叶子。谢泼德指出，夹持器因较低刚度可弯曲适应叶片方向和表面，对叶片健康影响小;伸缩执行器形状允许较大位移，无需复杂电机控制即可调整方向。

谢泼德认为，这项研究为实时、微创植物监测奠定了基础。软夹钳可注入物理或生物探针，释放全新功能，最有可能在温室中直接应用，机器人可持续向每株植物注入水分并监测，推断其需水量。长远来看，类似夹持器可用于运送或检索其他诊断材料，包括用于氮吸收、疾病存在甚至实时代谢变化的传感器，为智能农业和植物研究开辟新可能。未来，还能创造新纳米粒子了解植物更多健康方面，提高产量、减少浪费。

目前，该团队正探索将夹持器集成到自动化温室系统的机械臂中，长期目标是使其适用于现场可部署的平台。谢泼德表示，一旦摆脱温室限制，影响将更加深远，尤其关注限制废水流入湖泊以防止有害藻华发生。该研究合著者还包括来自博伊斯汤普森研究所、史密斯化学与生物分子工程学院和农业与生命科学学院综合植物科学学院的研究人员。

更多信息： Mehmet Mert İlman 等人，利用软体机器人进行多种物种的原位叶面扩增，用于光学表型分析和生物工程，Science Robotics(2025)。