bawe∏ny i kukurydzy oraz zapewnie-
nia im wystarczajàcej bliskoÊci z upra-
wami wytwarzajàcymi Bt, by te ostat-
nie mog∏y byç skuteczne, a tak˝e do
utworzenia przedsi´biorstwa nadzoru-
jàcego te ostoje. (EPA wymaga istnienia
takich obszarów jedynie w przypadku
bawe∏ny Bt i poprosi∏a producentów na-
sion o przedstawienie planów chronià-
cych plony kukurydzy w tym roku.)

W sprawozdaniu tym zauwa˝ono, ˝e

potrzeba powi´kszenia ostoi do po∏o-
wy area∏u upraw jest poparta faktem,
˝e produkujàca Bt bawe∏na ma zdolnoÊç
zabicia jedynie 60–90% owadów ˝eru-
jàcych na torebkach nasiennych, co
stwierdzono podczas masowego poja-
wienia si´ tych szkodników na po∏u-
dniu kraju latem 1996 roku. Naukowa
rada EPA, której niektórzy cz∏onkowie
byli autorami dokumentu dla UCS, za-
planowa∏a wydanie agencji serii zale-
ceƒ dotyczàcych prac nad odpornoÊcià
jeszcze tej wiosny.

Jak dotàd, nie udokumentowano po-

jawienia si´ odpornoÊci na toksyny Bt
zawarte w zmodyfikowanych genetycz-
nie uprawach. Jednak kilka szkodników
wykaza∏o takà odpornoÊç w laborato-
rium, a owad ˝erujàcy na warzywach –
tantniÊ krzy˝owiaczek (Plutella maculi-
pennis) – rozwinà∏ odpornoÊç po inten-
sywnej ekspozycji na aerozol zawiera-
jàcy toksyny Bt. „Nazywam go çmà,
która rykn´∏a – mówi Bruce E. Tabash-
nik z University of Arizona o swojej pra-
cy z tym gatunkiem. – Owad ten ob-
wieÊci∏ dobitnie, ˝e odpornoÊç na tok-
syny Bt mo˝e rozwijaç si´ w wolno ˝y-
jàcych populacjach najwa˝niejszych
szkodników upraw.”

Monsanto, najwi´kszy dostawca ro-

Êlin uprawnych produkujàcych Bt, nie
przewiduje potrzeby wzmacniania ist-
niejàcych ju˝ barier ochronnych ani fe-
deralnego regulowania planów doty-

czàcych zjawiska odpornoÊci. Oficjal-
ni przedstawiciele cytujà zalecenia
firmy dotyczàce utworzenia przez far-
merów ostoi dla kukurydzy Bt i ziem-
niaków nawet bez wyraênych wymo-
gów EPA.

Eric Sachs, dyrektor handlowy ds.

YieldGard, firmowej kukurydzy Bt,
twierdzi, ˝e naukowcy, którzy doma-
gajà si´ utworzenia wi´kszych ostoi,
nie biorà pod uwag´ mo˝liwoÊci
dalszego ulepszania genetycznie zmo-
dyfikowanych upraw. „Prawdopodo-
bieƒstwo, by w ciàgu 5 lat rozwin´∏a
si´ odpornoÊç, jest ma∏e, a w tym cza-
sie my zaoferujemy nowe techniki,

które jeszcze bardziej je zredukujà” –
zauwa˝a Sachs.

Jedynà mo˝liwoÊcià rozwini´cia

odpornoÊci przez owady jest mody-

fikacja receptorów jelitowych, z który-
mi wià˝à si´ toksyny. Monsanto i inne
firmy pracujà nad „pi´trzeniem genów”
(gene stacking) – takim modyfikowa-
niem roÊlin, by wytwarza∏y one wiele
toksyn wià˝àcych si´ z ró˝nymi klasa-
mi receptorów, a tak˝e nad ∏àczeniem
toksyn Bt z innymi bia∏kami przerywa-
jàcymi cykl ˝yciowy owada.

Nawet te poczynania mogà okazaç si´

zawodne. Tabashnik, Gould i inni wy-
kazali, ˝e niektóre szkodniki potrafià
rozwijaç odpornoÊç na liczne toksyny Bt
wià˝àce si´ z ró˝nymi receptorami, i od-
pornoÊç ta mo˝e byç cechà dominujàcà.
Owady mogà te˝ rozwijaç nowe mecha-
nizmy prowadzàce do powstania odpor-

noÊci. Brenda K. Oppert i William H.
McGaughey wraz z innymi badaczami
z amerykaƒskiego Departamentu Rolni-
ctwa donieÊli we wrzeÊniowym nume-
rze ubieg∏orocznego Journal of Biological
Chemistry, ˝e jeden ze szkodników –
omacnica spichrzanka (Plodia interpunc-
tella) – mo˝e staç si´ odporny, jeÊli nie
b´dzie mia∏ proteinazy – enzymu nie-
zb´dnego do aktywacji toksyny Bt.

Prawdopodobnie z czasem b´dà nam

potrzebne inne biopestycydy ni˝ toksy-
ny Bt. Badania prezentowane w grudniu
ub. r. na spotkaniu Entomological So-
ciety of America przez naukowców z
University of Wisconsin–Madison do-
tyczy∏y klonowania genów toksyn bak-
terii ˝yjàcych w jelitach nicieni. Zaled-
wie kilka komórek Photorhabdus lumi-
nescens mo˝e zabiç niektóre szkodniki.
Bakteryjny enzym wykazuje niezwyk∏à
w∏aÊciwoÊç – nadaje ginàcym owadom
b∏´kitnà poÊwiat´, co prawdopodobnie
ma odstraszaç owado˝erne ssaki. Obec-
nie Dow AgroSciences próbuje wpro-
wadziç sklonowane geny do ró˝nych
roÊlin, które b´dà potem produkowa∏y
swój w∏asny biopestycyd.

JeÊli nawet zostanie wynaleziony za-

miennik dla toksyn Bt, ostatecznie
mogà zwyci´˝yç szkodniki. Oko∏o 500
gatunków owadów rozwin´∏o ju˝ od-
pornoÊç na syntetyczne pestycydy. Do-
bór naturalny mo˝e okazaç si´ równie
skuteczny w stawianiu czo∏a pestycy-
dom naturalnym.

Gary Stix

20 Â

WIAT

N

AUKI

Lipiec 1998

UPIORNA POÂWIATA emanuje z owadów

zabitych przez bakteri´ Photorhabdus

luminescens, która byç mo˝e stanie si´

êród∏em nowego biopestycydu.

UNIVERSITY OF WISCONSIN–MADISON

Widzenie Êwiat∏a

Czy elementy CCD zostanà

zastàpione czujnikami obrazowymi

wykonanymi w technice CMOS?

J

edno z osiàgni´ç ery elektronicznej
to element ze sprz´˝eniem ∏adunko-
wym (CCD) pojawiajàcy si´ niemal

wsz´dzie, gdzie obraz trzeba przekszta∏-
ciç na sygna∏ elektryczny. Elementy
CCD sà elektronicznymi „b∏onami wie-
lokrotnego u˝ytku” w kamerach cyfro-
wych, wykorzystywane sà równie˝ w
niezliczonych innych powszechnie sto-
sowanych urzàdzeniach.

Pomimo swojej mocnej pozycji ele-

menty CCD b´dà musia∏y sprostaç po-
wa˝nemu wyzwaniu. Rywalem b´dzie
czujnik obrazowy wykonany w technice
CMOS, nad którym od lat prowadzi si´
prace i który – dzi´ki ostatnim powa˝-
nym inwestycjom takich firm, jak East-
man Kodak, Motorola, Toshiba, Intel,
Rockwell i Sarnoff – szykuje si´ w∏aÊnie

do zdobycia szturmem rynku. Przewi-
dywana fala niedrogich lub nowator-
skich produktów z czujnikami CMOS
prawdopodobnie w ciàgu kilku najbli˝-
szych lat spowoduje wzrost ich udzia∏u
w rynku. Przypada∏o na nie w 1996 roku
1.5% ogólnej kwoty 678 mln dolarów,
stanowiàcej nak∏ady na czujniki obra-
zowe. Zdaniem Êledzàcego ten rynek
analityka Briana O’Rourke z kalifor-
nijskiej firmy Strategies Unlimited –
do 2001 roku udzia∏ czujników CMOS
wyniesie co najmniej 9% obrotów ryn-
kowych, które szacuje si´ na mniej wi´cej
1564 mld dolarów.

Przewaga czujników obrazowych

CMOS wynika z faktu, ˝e sà one wy-
twarzane w tych samych komplemen-
tarnych procesach (znanych jako pro-
cesy metal–tlenek–pó∏przewodnik) co
zdecydowana wi´kszoÊç nowoczesnych
uk∏adów scalonych, takich jak mikro-
procesory i pami´ci dynamiczne typu
RAM. W produkcji elementów ze sprz´-
˝eniem ∏adunkowym wykorzystuje si´
natomiast wariant przestarza∏ej techno-
logii N-MOS (N ze wzgl´du na kana∏

OPTOELEKTRONIKA

Elektroniczny j´zyk

Mikroczujnik móg∏by wykrywaç

zepsutà ˝ywnoÊç

K

omputerom, jak cz´sto mawia
Bill Gates, brakuje wi´kszoÊci
podstawowych zmys∏ów, któ-

rych istnienie cz∏owiek uznaje za oczy-
wiste. Zdarza si´, ˝e technicznie za-
awansowane maszyny s∏yszà i mówià
(chocia˝ nie najlepiej); wi´kszoÊç jednak
nie widzi i nie reaguje na dotyk, zapach
oraz zmian´ temperatury. Elektronicz-
ne urzàdzenia mogà jednak wkrótce zo-
staç wyposa˝one w zmys∏ smaku dzi´-
ki maleƒkiemu elektromechanicznemu
elementowi wynalezionemu w Penn-
sylvania State University przez ma∏˝eƒ-
stwo Vijaya K. i Vasundar´ V. Varada-
nów, którzy wraz ze wspó∏pracow-
nikami przedstawili swój pomys∏ w
marcu na konferencji w San Diego.

Chocia˝ grupa badawcza Penn State

zbudowa∏a dotychczas jedynie kilka
prototypów tych tzw. inteligentnych
j´zyków, to Varadanowie uwa˝ajà, ˝e
w ciàgu kilku lat stanà si´ one wy-
starczajàco tanie i czu∏e, aby znaleêç
mnóstwo zastosowaƒ. Przewidujà, ˝e
umieszczone w kartonach z mlekiem
lub butelkach z sokiem pozwolà za po-
mocà urzàdzeƒ kontrolnych wykrywaç
w sklepach z ˝ywnoÊcià groêne bakterie.
Innego rodzaju czujniki pos∏u˝à do kon-

troli procesów mieszania sk∏adników
w wielkich zbiornikach fabryk przemy-
s∏u chemicznego lub przetwórczego.
Nieco odmienne instalowano by na
skrzyd∏ach samolotów, aby przestrze-
ga∏y pilotów przed oblodzeniem.

Sà podstawy, by sàdziç, ˝e to nie tyl-

ko marzenia czy spekulacje. Inteligent-
ne j´zyki co najmniej pod trzema wzgl´-
dami znacznie przewy˝szajà trady-
cyjne czujniki chemiczne. Po pierwsze,
sà tanie, ich wymiary nie przekraczajà
kilku milimetrów, wytwarzane sà z
powszechnie dost´pnych materia∏ów,
takich jak krzem, kwarc czy aluminium,
w tych samych procesach, w których
powstajà najtaƒsze komputerowe chi-
py. „Elektroniczne j´zyki produkowa-
ne masowo powinny kosztowaç grosze”
– twierdzà Varadanowie.

Po drugie, zaletà czujników jest to, ˝e

nie wymagajà po∏àczeƒ przewodowych.
W odró˝nieniu od wi´kszoÊci elemen-
tów mikroelektronicznych nie tylko po-
bierajà energi´, ale i przekazujà zgro-
madzone dane za poÊrednictwem fal
radiowych lub mikrofal. „Dzi´ki temu –
mówi Vijay Varadan – mo˝emy umie-
Êciç mikroczujniki (chemicznie oboj´t-
ne) wewnàtrz kartonów z mlekiem lub
na Êmigle helikoptera, czyli praktycz-
nie wsz´dzie.”

Po trzecie, odmiennie ni˝ j´zyki bio-

logiczne oraz wi´kszoÊç testów labora-
toryjnych, wykrywajàc zmiany chemicz-
ne, nie muszà wywo∏ywaç ˝adnych

chemicznych reakcji. Wyczuwajà zmia-
ny lepkoÊci p∏ynów oraz ich w∏aÊciwo-
Êci elektrycznych i akustycznych jedynie
metodami elektromechanicznymi.

Tajemnica tkwi w wykorzystaniu fal

odkrytych prawie sto lat temu przez
brytyjskiego geofizyka Augustusa E. H.
Love’a i nazwanych jego imieniem. Wy-
liczy∏ on, ˝e pionowym drganiom p∏asz-
cza Ziemi wywo∏anym trz´sieniem
ziemi powinny towarzyszyç prostopa-
d∏e do nich drgania wtórne, przemiesz-
czajàce si´ w stosunkowo cienkiej skoru-
pie. Okazuje si´, ˝e spostrze˝enia, które
pozwoli∏y geologom w koƒcu zmierzyç
gruboÊç skorupy, sà s∏uszne równie˝
w odniesieniu do warstw mikroskopij-
nie cienkich.

Urzàdzenie Varadanów sk∏ada si´

z dwóch zaz´bionych grzebieni umiesz-
czonych mi´dzy cienkà warstwà dwu-
tlenku krzemu i p∏ytkà kwarcu. Do-
∏àczony do niewielkiej anteny, która
„mo˝e byç po prostu spiralà zwini´tà
z centymetrowego paska folii alumi-
niowej” – spieszy z wyjaÊnieniem Va-
sandura Varadan – ka˝dy z grzebieni
wzbudza si´ pod wp∏ywem sygna∏u ra-
diowego o d∏ugoÊç fali odpowiadajàcej
odleg∏oÊci mi´dzy jego z´bami. Gdy cz´-
stotliwoÊç jest w∏aÊciwa (nieco powy˝ej
900 MHz), grzebienie zaczynajà drgaç
– tworzà si´ fale Love’a, które biegnà
wzd∏u˝ chipa o powierzchni w po∏owie
zabezpieczonej pow∏okà metalowà, a
w po∏owie stykajàcej si´ z badanym p∏y-

typu n), która obecnie nie znajduje za-
stosowania gdzie indziej.

Zaletà czujników CMOS wspólnà

wszystkim chipom wykonanym w tej
technologii jest tak˝e bardzo ma∏y po-
bór mocy. Najwa˝niejsze jednak, ˝e czuj-
niki CMOS mo˝na bezpoÊrednio ∏àczyç
z innymi uk∏adami elektronicznymi –
na przyk∏ad w celu przetworzenia sy-
gna∏u analogowego na cyfrowy lub ob-
róbki obrazu – co prowadzi do dalszego
zmniejszania kosztów, wymiarów i zu-
˝ycia mocy. Niektórzy uwa˝ajà t´ cech´
za bardzo istotnà i przewidujà, ˝e wpro-
wadzenie na rynek miniaturowej kame-
ry „na chipie” jest jedynie kwestià czasu.

Sàdzi si´ tak˝e, ˝e dzi´ki niskiej cenie

i niewielkiemu zu˝yciu energii czujniki
CMOS znajdà zupe∏nie nowe zastoso-
wania. Zdaniem Michaela McCreary’ego,
dyrektora oddzia∏u mikroelektroniki Ko-
daka, pomys∏ umieszczenia czujnika ob-
razowego w ma∏ym telefonie komór-
kowym i stworzenia kieszonkowego
wideofonu jest obecnie zupe∏nie realny.
Inne mo˝liwe zastosowania to osobiste
cyfrowe urzàdzenia wspomagajàce, pa-

gery, a nawet zabawki. „Mam przeczu-
cie, ˝e do roku 2001 zacznie si´ wyko-
rzystywaç czujniki obrazowe w sposób,
którego nawet nie mo˝emy sobie dziÊ
wyobraziç” – mówi O’Rourke.

Dlaczego pomimo powy˝szych zalet

czujniki CMOS nie zastàpià elementów
CCD? Istnieje jedno „ale” – gorsza jak
na razie jakoÊç obrazu. Czujniki CMOS

zazwyczaj bardziej „szumià” ni˝ elemen-
ty CCD, co oznacza, ˝e sygna∏ odwzo-
rowujàcy obraz zak∏ócajà niepo˝àdane,
pochodzàce z ró˝norodnych êróde∏ sy-
gna∏y. W celu rozwiàzania tego proble-
mu niektórzy producenci – w szczegól-
noÊci Motorola realizujàca z Kodakiem
wspólne przedsi´wzi´cie w dziedzinie
czujników CMOS – modyfikujà swoje li-
nie produkcyjne, aby lepiej przystoso-
waç je do produkcji czujników.

Potrzeba zmiany linii produkcyjnych

mo˝e, wed∏ug Gary’ego W. Hughesa,
szefa dzia∏u techniki obrazowej w Sar-
noff, pozbawiç czujniki obrazowe CMOS
ich podstawowej zalety – niskich kosz-
tów wytwarzania dzi´ki wykorzystaniu
standardowych linii produkcyjnych. Po-
wo∏ujàc si´ na wyniki badaƒ firmy Sar-
noff, Hughes twierdzi, ˝e u˝ycie do tego
celu owych linii pozwoli∏oby na obni˝e-
nie ceny chipa czujnika obrazowego do
6 dolarów lub nawet mniejszej, a tym
samym wyprodukowanie kamery cy-
frowej kosztujàcej 200 dolarów – ponad
po∏ow´ taƒszej od dziÊ oferowanych.

Glenn Zorpette

Â

WIAT

N

AUKI

Lipiec 1998 21

CZUJNIK OBRAZOWY wykonany

w technologii CMOS zintegrowany

z innymi uk∏adami elektronicznymi.

SARNOFF CORPORATION; LEIGH PHOTOGRAPHIC GROUP

MIKROMECHANIKA