Noûsciber: monitoramento de sinais bioelétricos, ritmos circadianos e estados fisiológicos de plantas com cluster de autômatos.

Abstract

As plantas são organismos autotróficos complexos, capazes de gerenciar uma infinidade de parâmetros ambientais para o seu desenvolvimento. A neurobiologia de plantas propõe que esses organismos apresentam estruturas equivalentes a um sistema nervoso central, com elementos semelhantes aos neurônios, que controlam seus processos fisiológicos por meio de comandos bioelétricos. Muitos parâmetros podem ser controlados pelas plantas, tanto de origem biótica como abiótica. As plantas respondem prontamente a diversos fatores ambientais, como mudanças na intensidade luminosa, temperatura, disponibilidade de água, ferimentos e compostos químicos. Dessa forma, no trabalho de pós-doutorado, foi desenvolvido parte do projeto Noûsciber , uma tecnologia não-destrutiva voltada para a análise em tempo real dos processos eletrofisiológicos em plantas. Para capturar os sinais elétricos gerados, diferentes sistemas eletrônicos foram testados, incluindo microcontroladores e sensores que permitiram a detecção e amplificação de sinais elétricos de baixa amplitude. Esses sistemas foram projetados com filtros e blindagens específicas para minimizar interferências externas, assegurando a qualidade dos dados. A implementação de autômatos finitos no processamento dos sinais possibilitou a criação de um sistema de análise automatizada, capaz de identificar padrões de atividade elétrica relacionados ao estado nutricional das plantas e à fertilidade do solo. Os resultados indicaram que os sinais eletrofisiológicos das plantas são influenciados por fatores ambientais e condições nutricionais, sugerindo que esses dados podem ser utilizados para monitorar a saúde e o estado nutricional das plantas de maneira contínua e sem impacto ambiental. A pesquisa conclui que o sistema Noûsciber pode representar uma ferramenta inovadora para a agricultura, ao permitir o monitoramento contínuo das condições nutricionais e fisiológicas das plantas, oferecendo percepções fundamentadas para o manejo sustentável dos cultivos e a otimização das práticas de fertilização.

Plants are complex autotrophic organisms capable of regulating a wide range of environmental parameters for their growth and development. Plant neurobiology suggests that these organisms possess structures equivalent to a central nervous system, with neuron-like elements that control their physiological processes through bioelectrical commands. Numerous parameters, both biotic and abiotic, can be regulated by plants. They promptly respond to environmental factors such as changes in light intensity, temperature, water availability, injuries, and chemical compounds. In this postdoctoral research, part of the Noûsciber project was developed — a non-destructive technology aimed at the real-time analysis of electrophysiological processes in plants. To capture the electrical signals generated, different electronic systems were tested, including microcontrollers and sensors that enabled the detection and amplification of low-amplitude electrical signals. These systems were designed with specific filters and shielding to minimize external interference, ensuring data quality. The implementation of finite automata in signal processing enabled the creation of an automated analysis system capable of identifying patterns of electrical activity related to the nutritional status of plants and soil fertility. Results indicated that plant electrophysiological signals are influenced by environmental factors and nutritional conditions, suggesting that these data can be used to continuously monitor plant health and nutritional status without environmental impact. The research concludes that the Noûsciber system may represent an innovative tool for agriculture, enabling continuous monitoring of plants’ nutritional and physiological conditions and providing evidence-based insights for sustainable crop management and optimized fertilization practices.