Dodano: 09 września 2024r.

Biohybrydowe roboty sterowane przez... grzyba

Grupa naukowców połączyła robota z boczniakiem mikołajkowym, tworząc układ integrujący elektronikę z grzybnią, który wykorzystuje elektrofizjologiczną aktywność grzybni do kontrolowania swoich sztucznych siłowników. Tego typu biohybrydowe roboty mogą potencjalnie lepiej reagować na swoje otoczenie, niż ich czysto syntetyczne odpowiedniki.

Biohybrydowe roboty sterowane przez... grzyba

 

Naukowcy z Cornell University w USA we współpracy z badaczami z Uniwersytetu Florenckiego opracowali biohybrydowe roboty zintegrowane z grzybami, a konkretnie z boczniakiem mikołajkowym (Pleurotus eryngii). W wyniku prac powstały dwa roboty. Jeden o miękkiej konstrukcji przypominającej pająka czy rozgwiazdę i drugi wyposażony w koła. Oba mogą poruszać się, a obecność grzybni, która może reagować na różne bodźce chemiczne i biologiczne, zapewnia biohybrydowej maszynie zdolność do reagowanie na otaczające je środowisko.

Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Science Robotics” (DOI: 10.1126/scirobotics.adk8019).

Grzyb w ciele robota

Anand Mishra z Cornell University wraz ze swoimi współpracownikami opracował interfejs elektryczny, który zarówno mieści grzybnię, jak i mierzy jej elektrofizjologiczne potencjały czynnościowe. Naukowcom udało się wykorzystać skoki napięcia z żywej grzybni do stworzenia systemu, który kontroluje lokomocją zarówno miękkiego robota inspirowanego rozgwiazdą, jak i robota na kółkach.

W serii eksperymentów naukowcy wykazali, że możliwe jest wykorzystanie elektrofizjologicznej aktywności grzyba jako środka do tłumaczenia sygnałów środowiskowych na dyrektywy, które z kolei można wykorzystać do sterowania ruchami maszyny. Na ruch robotów można wpływać za pomocą światła ultrafioletowego.

- Ta praca jest pierwszą z wielu, które wykorzystają królestwo grzybów do zapewnienia robotom zdolności do wykrywania otoczenia i sygnałów sterujących w celu poprawy ich poziomu autonomii - powiedział Rob Shepherd, jeden z współautorów publikacji. - Dzięki hodowli grzybni w elektronice robota, zapewniliśmy tej biohybrydowej maszynie zdolność do wykrywania i reagowanie na środowisko. W tym przypadku użyliśmy światła jako bodźca, ale w przyszłości będą to substancje chemiczne – dodał wskazując jednocześnie, że tego typu roboty mogłoby znaleźć zastosowanie chociażby w wykrywaniu substancji chemicznych na polach uprawnych i na podstawie zebranych informacji decydować, kiedy dodać więcej nawozu, co mogłoby ograniczyć skutki uboczne współczesnego rolnictwa , takie jak szkodliwe zakwity glonów.

Grzybnia

Natura jest inspiracją w wielu dziedzinach, także w robotyce. Naukowcy w niedawnych pracach skupili się na grzybni. To podziemna, niewidoczna część grzybów. Można ją porównać do korzeni rośliny. Zasadniczą jej częścią są nitkowate struktury nazywane strzępkami. Badacze byli zainteresowani przede wszystkim zdolnością grzybni do wykrywania sygnałów chemicznych i biologicznych oraz reagowania na wiele bodźców.

- Jeśli myślimy o systemie syntetycznym - dowolnym pasywnym czujniku - używamy go tylko w jednym celu. Ale systemy żywe reagują na dotyk, światło, ciepło i inne sygnały. Jak zbudować robota przyszłości, który mógłby działać w trudnym, nieznanym środowisku? Możemy wykorzystać te żywe systemy, a jeśli pojawią się jakieś nieznane bodźce, to robot na nie zareaguje – przyznał Mishra.

Jednak znalezienie sposobu na zintegrowanie grzybów z robotami nie było łatwe i potrzebny był do tego zespół naukowców z różnych dziedzin. Prace zaowocowały opracowaniem interfejsu, który dokładnie rejestruje i przetwarza aktywność elektrofizjologiczną grzybni w czasie rzeczywistym. Do tego badacze stworzyli także kontroler, a cały system działa przez odczytywanie sygnałów elektrycznych grzyba, przetwarzanie ich, a następnie przekształcanie tych informacji w cyfrowy sygnał sterujący, który jest wysyłany do siłowników robota.

W ramach badania uczeni zbudowali dwa biohybrydowe roboty. Każdy z nich zawierał grzybnię w swoich systemach elektronicznych. Jeden był na kółkach, a drugi był elastycznym, miękkim robotem z nogami przypominającymi nogi pająka. Oba przeszły serię eksperymentów, w których poruszały się w odpowiedzi na sygnały z grzybni. Stymulowano je także światłem UV, co powodowało, że zmieniały swój sposób poruszania się, demonstrując zdolność grzybni do reagowania na otoczenie.

 

Źródło: Cornell University, Science Alert, fot. Cornell University