Robot plasat sub controlul unui suveran fungic

Puterea ciupercilor –

Răspunsul unei ciuperci la schimbările de mediu poate fi folosit pentru a controla un robot.

Majoritatea organismelor vii depășesc cu ușurință mașinile atunci când vine vorba de navigarea în mediile din lumea reală și adaptabilitatea la condițiile în schimbare. O modalitate de a reduce această diferență este construirea de roboți biohibrizi care îmbină mașinile sintetice cu componente biologice ca muschii animalelorbacterii sau plante.

Dar mușchii vii sunt foarte greu de menținut în viață într-o mașină, bacteriile au o durată de viață foarte scurtă, iar plantele tind să reacționeze la lucruri puțin lent, cum ar fi Ents în Stăpânul Inelelor. Deci, o echipă de oameni de știință de la Universitatea Cornell a mers pe o cale diferită și a construit roboți biohibrizi controlați de ciuperci, în special, ciuperci stridii.

Înțelegerea semnalelor ciupercilor

Roboți controlați de ciuperci, în ciuda faptului că dă puternic Ultimul dintre noi vibrații, sunt o idee bună pe hârtie. Ciupercile sunt foarte ușor de întreținut și pot trăi aproape peste tot, inclusiv în medii extreme precum Arctica sau chiar în mijlocul contaminării nucleare. De asemenea, sunt ieftine de cultivat în cantități mari și excelează la reacția la indicii de mediu, cum ar fi expunerea la lumină.

Provocarea cheie, totuși, a fost interfațarea lor cu roboți, pentru că cum poți conecta un robot la o ciupercă?

„Anterior conexiunea dintre o ciupercă și o mașină electrică se făcea prin imagistică [how rapidly it was growing]. Lucrul nou pe care l-am făcut a fost o conexiune directă la miceliu și apoi să îl folosim pentru a controla o mașină”, spune Robert F. Shepherd, profesor asociat de inginerie mecanică la Cornell și coautor al studiului. Miceliul este o rețea mare de structuri filamentoase ramificate numite hife, care sunt adesea situate sub pământ. Ciupercile îl folosesc pentru a simți mediul înconjurător și pentru a comunica între ele prin semnale electrice.

Trucul de a interfața miceliul cu un sistem electric a fost să-l cultivi într-o schelă imprimată 3D până când practic a crescut în electrozi după 14 până la 33 de zile. Dar realizarea unei conexiuni stabile era un lucru; citirea semnalelor sale era cu totul alta.

Echipa a înregistrat activitatea electrică a ciupercilor pe parcursul a 30 de zile și apoi a analizat ceea ce au văzut. Pentru început, toate semnalele sub 5 microvolți au fost clasificate ca zgomot. Apoi, echipa a prelevat date la intervale de 30 de secunde și a aplicat un filtru digital pentru a netezi orice sub acești 5 microvolți și pentru a elimina zgomotul electronic. În acest fel, ei ar putea identifica, măsura și caracteriza cu precizie vârfurile în comunicarea electrică fungică. Odată făcut acest lucru, Shepherd și colegii săi au început să testeze modul în care ciupercile reacționează la stimuli simpli, cum ar fi expunerea la lumina UV la diferite intensități. Când s-a făcut acest lucru, schelele cu micelii fungici și electrozi au fost protejate de vibrații și interferențe magnetice și instalate în doi roboți: unul care seamănă cu o stea de mare și un rover cu patru roți mai standard.

Echipa a demonstrat că ciupercile ar putea controla roboții făcându-i să se deplaseze către sau departe de o sursă de lumină UV.

Totuși, aceasta înseamnă că unitățile de control alimentate cu ciuperci, cu toată ecranarea și procesarea semnalului lor, au realizat cam ceea ce ar putea face cel mai prost senzor de lumină de pe raft. Dar ciupercile, în afară de lumină, pot reacționa la substanțele chimice. Și în detectarea substanțelor chimice, aceștia bat aproape fiecare senzor sintetic de pe planetă.

Detectoare chimice fungice

„Lucrul clar de făcut acum, odată ce avem acest sistem mai controlat, este să ne uităm la expunerile chimice, expunerile biologice. Organismele vii pot amplifica aceste semnale mult mai bine decât sistemele sintetice care detectează cantități foarte, foarte mici de substanțe chimice”, spune Shepherd. El a spus că utilizarea ciupercilor ca detectoare chimice ar fi mult mai dificilă, deoarece ar presupune potrivirea activității electrice înregistrate în ciuperci cu expunerea lor la un catalog larg de stimuli chimici, cum ar fi aciditatea mediului sau prezența unor compuși chimici specifici, cum ar fi cianura.

Cel mai probabil mod de a face acest lucru va fi înregistrarea unor seturi mari de date de semnale electrice fungice emise ca răspuns la fiecare expunere, adnotarea acestora și apoi antrenarea modelelor AI pentru a interpreta limbajul fungic. În mod ideal, ar fi posibil să se determine „acest model electric înseamnă că solul este puțin prea acid”.

„Ciuperca interacționează cu mediul și trebuie doar să aflăm ce înseamnă toate semnalele. Cum arată semnalul când întâlnește ceva care îi place și cum arată când urăște ceva”, spune Shepherd. O mulțime de lucruri care ucid ciupercile ucid plantele, adaugă el, ceea ce face ca roboții biohibrizi fungici să fie potențial utili în agricultură.

„Vedem astfel de sisteme ca puncte de conectare, care măsoară starea de sănătate a plantelor pentru a evita suprafertilizarea câmpurilor. Imaginați-vă un robot patruped cu picioarele încărcate cu miceliu care detectează local în timp ce traversează mediul. Sau un miceliu crescut pe un întreg câmp și un robot care introduce electrozi în acest mediu bogat în miceliu pentru a se conecta la el”, spune Shepherd. Singura problemă este că ciupercile, ca toate ființele vii, mor în cele din urmă. Dar echipa vede și modalități în jurul asta.

„Avem capacitatea de a reinjecta spori și nutrienți pentru a recrește peste vechiul miceliu și asta va fi un lucru frumos. Viața, moartea și renașterea roboților noștri”, spune Shepherd.

Science Robotics, 2024. DOI: 10.1126/scirobotics.adk8019