Wykorzystując wrodzone sygnały elektryczne grzybni, naukowcy odkryli nowy sposób kontrolowania „biohybrydowych” robotów, które potencjalnie mogą reagować na swoje środowisko lepiej, niż ich czysto syntetyczne odpowiedniki.
Artykuł zespołu, „Sensorimotor Control of Robots Mediated by Electrophysiological Measurements of Fungal Mycelia”, został opublikowany w Science Robotics . Głównym autorem jest Anand Mishra, współpracownik naukowy w Organic Robotics Lab pod kierownictwem Roba Shepherda, profesora inżynierii mechanicznej i lotniczej w Cornell Engineering i starszego autora artykułu.
Artykuł jest pierwszym z wielu, w których wykorzystano królestwo grzybów do zapewnienia robotom wykrywania środowiska i sygnałów sterujących w celu poprawy ich poziomu autonomii — powiedział Shepherd. Dzięki rozwojowi grzybni w elektronice robota byliśmy w stanie pozwolić maszynie biohybrydowej na wykrywanie i reagowanie na środowisko. W tym przypadku użyliśmy światła jako danych wejściowych, ale w przyszłości będzie to chemia. Potencjał przyszłych robotów może polegać na wykrywaniu chemii gleby w uprawach rzędowych i decydowaniu, kiedy dodać więcej nawozu, na przykład łagodząc późniejsze skutki rolnictwa, takie jak szkodliwe zakwity glonów.
Projektując roboty przyszłości, inżynierowie zaczerpnęli wiele wskazówek ze świata zwierząt, tworząc maszyny, które naśladują sposób poruszania się żywych stworzeń, wyczuwają otoczenie, a nawet regulują temperaturę wewnętrzną poprzez pocenie się. Niektóre roboty zawierają żywy materiał, taki jak komórki tkanki mięśniowej, ale trudno jest utrzymać te złożone systemy biotechnologiczne w zdrowiu i sprawności. W końcu utrzymanie robota przy życiu nie zawsze jest łatwe.
Grzybnia to podziemna wegetatywna część grzybów i ma wiele zalet. Mogą rosnąć w trudnych warunkach. Mają również zdolność wyczuwania sygnałów chemicznych i biologicznych oraz reagowania na wiele bodźców.
Jeśli pomyślisz o systemie syntetycznym — powiedzmy, o dowolnym pasywnym czujniku — używamy go tylko w jednym celu. Ale systemy żywe reagują na dotyk, reagują na światło, reagują na ciepło, reagują nawet na pewne nieznane rzeczy, takie jak sygnały — powiedział Mishra. Dlatego myślimy: OK, jeśli chcesz zbudować roboty przyszłości, jak mogą one działać w nieoczekiwanym środowisku? Możemy wykorzystać te systemy żywe, a jeśli pojawi się jakiś nieznany sygnał wejściowy, robot na niego zareaguje.
Jednak znalezienie sposobu na integrację grzybów i robotów wymaga czegoś więcej niż tylko wiedzy technicznej i zdolności ogrodniczych.
Musisz mieć wykształcenie w zakresie inżynierii mechanicznej , elektroniki, trochę mykologii, trochę neurobiologii, jakiś rodzaj przetwarzania sygnałów– powiedział Mishra. Wszystkie te dziedziny łączą się, aby zbudować tego rodzaju system.
Mishra współpracował z wieloma interdyscyplinarnymi badaczami. Konsultował się z Bruce’em Johnsonem, starszym współpracownikiem naukowym w dziedzinie neurobiologii i zachowania, i nauczył się rejestrować sygnały elektryczne przenoszone przez neuronopodobne kanały jonowe w błonie grzybni. Kathie Hodge, adiunkt fitopatologii i biologii roślin i mikrobów w School of Integrative Plant Science w College of Agriculture and Life Sciences, nauczyła Mishrę, jak uprawiać czyste kultury grzybni, ponieważ skażenie okazuje się być sporym wyzwaniem, gdy wbija się elektrody w grzyby.
System opracowany przez Mishrę składa się z interfejsu elektrycznego, który blokuje drgania i zakłócenia elektromagnetyczne oraz dokładnie rejestruje i przetwarza aktywność elektrofizjologiczną grzybni w czasie rzeczywistym, a także kontrolera zainspirowanego centralnymi generatorami wzorców — rodzajem obwodu neuronowego. Zasadniczo system odczytuje surowy sygnał elektryczny, przetwarza go i identyfikuje rytmiczne impulsy grzybni, a następnie przekształca te informacje w cyfrowy sygnał sterujący, który jest wysyłany do siłowników robota.
Zbudowano dwa roboty biohybrydowe: miękkiego robota w kształcie pająka i robota na kółkach.
Roboty ukończyły trzy eksperymenty. W pierwszym robot chodził i turlał się, odpowiednio, w odpowiedzi na naturalne ciągłe skoki sygnału grzybni. Następnie naukowcy stymulowali roboty światłem ultrafioletowym, co spowodowało, że zmieniły swój chód, demonstrując zdolność grzybni do reagowania na otoczenie. W trzecim scenariuszu naukowcy byli w stanie całkowicie zignorować natywny sygnał grzybni.
Konsekwencje wykraczają daleko poza dziedzinę robotyki i grzybów.
Tego rodzaju projekt nie polega tylko na sterowaniu robotem – powiedział Mishra. Chodzi również o stworzenie prawdziwego połączenia z żywym systemem. Ponieważ gdy usłyszysz sygnał, zrozumiesz również, co się dzieje. Być może ten sygnał pochodzi z jakiegoś rodzaju naprężeń. Widzisz więc fizyczną odpowiedź, ponieważ tych sygnałów nie możemy sobie wyobrazić, ale robot tworzy wizualizację.
Współautorami są Johnson, Hodge, Jaeseok Kim z Uniwersytetu we Florencji we Włoszech oraz asystentka badawcza Hannah Baghdadi.
Zdjęcie zajawka: AdobeStock
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.