O echipă de cercetători a creat un robot biohibrid controlat de o ciupercă, care îmbină organismele vii și cele sintetice

Un robot cu roți se rostogolește pe podea. O stea robotică cu corp moale își îndoaie cele cinci „picioare”, deplasându-se cu o mișcare ciudată.

Alimentate cu electricitate convențională prin priză sau baterie, aceste creații robotice simple nu ar fi remarcabile, dar ceea ce îi diferențiază pe acești doi roboți este faptul că sunt controlați de o entitate vie: o ciupercă king oyster, relatează CNN.

Prin cultivarea miceliului ciupercii, sau a firelor asemănătoare rădăcinilor, în hardware-ul robotului, o echipă condusă de cercetători de la Universitatea Cornell a creat două tipuri de roboți care detectează și răspund mediului prin valorificarea semnalelor electrice emise de ciupercă și a sensibilității sale la lumină.

Roboții reprezintă cea mai recentă realizare a oamenilor de știință dintr-un domeniu cunoscut sub numele de robotică biohibridă, care încearcă să combine materiale biologice vii, cum ar fi celulele vegetale și animale sau insectele, cu componente sintetice pentru a crea entități parțial vii și parțial modificate.

Roboții biohibrizi nu au ieșit încă din laborator, dar cercetătorii speră ca într-o zi meduzele robot să poată explora oceanele, roboții alimentați cu spermă să poată oferi tratamente de fertilitate, iar gândacii cyborg să poată căuta supraviețuitori în urma unui cutremur.

„Mecanismele, inclusiv calculul, înțelegerea și acțiunea ca răspuns, sunt realizate în lumea biologică și în lumea artificială pe care oamenii au creat-o, iar biologia este de cele mai multe ori mai bună la acest capitol decât sunt sistemele noastre artificiale”, a declarat Robert Shepherd, autor principal al unui studiu care detaliază roboții, publicat la 28 august în revista Science Robotics.

„Biohibridizarea este o încercare de a găsi componente în lumea biologică pe care le putem exploata, înțelege și controla pentru a ne ajuta sistemele artificiale să funcționeze mai bine”, a adăugat Shepherd, profesor de inginerie mecanică și aerospațială la Universitatea Cornell, care conduce Laboratorul de robotică organică al instituției.

Parte ciupercă, parte mașinărie

Echipa a început prin cultivarea în laborator a ciupercilor „king oyster” (Pleurotus eryngii) pornind de la un kit simplu comandat online. Cercetătorii au ales această specie de ciupercă deoarece crește ușor și rapid.

Ei au cultivat structurile filiforme ale ciupercii sau miceliul, care poate forma rețele care, potrivit studiului, pot simți, comunica și transporta nutrienți – funcționând ca neuronii dintr-un creier. (Din păcate, nu este strict corect să numim aceste creații ciuperci roboți. Ciuperca este fructul ciupercii – roboții sunt alimentați de miceliul asemănător rădăcinii).

Miceliul produce semnale electrice mici și poate fi conectat la electrozi.

Andrew Adamatzky, profesor de calcul neconvențional la University of the West of England din Bristol, care construiește calculatoare fungice, a declarat că nu este clar cum produc ciupercile semnale electrice.

„Nimeni nu știe sigur”, a spus Adamatzky, care nu a fost implicat în cercetare, dar a revizuit-o înainte de publicare.

„În esență, toate celulele vii produc vârfuri asemănătoare potențialului de acțiune, iar ciupercile nu fac excepție”.

Echipa de studiu a considerat că este o provocare să creeze un sistem care să poată detecta și utiliza semnalele electrice mici de la micelii pentru a comanda robotul.

„Trebuie să vă asigurați că electrodul atinge poziția corectă, deoarece miceliile sunt foarte subțiri. Nu există multă biomasă acolo”, a declarat autorul principal Anand Mishra, cercetător asociat postdoctoral în cadrul Laboratorului de Robotică Organică din Cornell. „Apoi le cultivi, iar când miceliile încep să crească, se înfășoară în jurul electrodului”.

Mishra a proiectat o interfață electrică care citește cu exactitate activitatea electrică brută a miceliului, apoi o procesează și o convertește în informații digitale care pot activa actuatoarele sau părțile mobile ale robotului.

Roboții au fost capabili să meargă și să se rostogolească ca răspuns la vârfurile electrice generate de miceliu, iar atunci când Mishra și colegii săi au stimulat roboții cu lumină ultravioletă, aceștia și-au schimbat mersul și traiectoria, demonstrând că erau capabili să răspundă la mediul lor.

„Ciupercilor nu le prea place lumina”, a spus Shepherd. „Pe baza diferenței de intensitate (a luminii) se pot obține diferite funcții ale robotului. Acesta se va mișca mai repede sau se va îndepărta de lumină.”

Lucrări „incitante”

Este interesant să vedem mai multe lucrări în domeniul roboticii biohibride care merg dincolo de țesuturile umane, animale și de insecte, a declarat Victoria Webster-Wood, profesor asociat la Grupul de robotică biohibridă și organică de la Universitatea Carnegie Mellon din Pittsburgh.

„Fungi pot avea avantaje față de alte abordări biohibride în ceea ce privește condițiile necesare pentru a le menține în viață”, a declarat Webster-Wood, care nu a fost implicată în cercetare.

„Dacă sunt mai robuste la condițiile de mediu, acest lucru le-ar putea face un candidat excelent pentru roboți biohibrizi pentru aplicații în agricultură și monitorizare sau explorare marină.”

Studiul notează că ciupercile pot fi cultivate în cantități mari și se pot dezvolta în multe medii diferite.

Cercetătorii au operat robotul rulant fără un cablu care să-l conecteze la hardware-ul electric – o performanță pe care Webster-Wood a numit-o deosebit de notabilă.

„Roboții biohibrizi cu adevărat lipsiți de cabluri sunt o provocare în domeniu”, a declarat ea prin e-mail, «iar faptul că i-au văzut realizând acest lucru cu sistemul de miceliu este destul de interesant».

Robotica biohibridă în lumea reală

Tehnologia controlată de ciuperci ar putea avea aplicații în agricultură, a spus Shepherd.

„În acest caz am folosit lumina ca intrare, dar în viitor va fi chimică. Potențialul viitorilor roboți ar putea fi acela de a detecta chimia solului în culturile în linie și de a decide când să adauge mai mult îngrășământ, de exemplu, poate atenuând efectele din aval ale agriculturii, cum ar fi proliferarea algelor dăunătoare”, a declarat el pentru Cornell Chronicle.

Potrivit lui Adamatzky, roboții controlați de ciuperci și, în general, informatica fungică au un potențial uriaș.

Acesta a declarat că laboratorul său a produs mai mult de 30 de dispozitive de detectare și de calcul folosind ciuperci vii, inclusiv cultivarea unei pieli autovindecabile pentru roboți care pot reacționa la lumină și atingere.

Atunci când este prevăzut un sistem de transmisie adecvat, robotul poate, de exemplu, să monitorizeze sănătatea sistemelor ecologice. Controlerul fungic ar reacționa la schimbări, cum ar fi poluarea aerului, și ar ghida robotul în consecință”, a declarat Adamatzky prin e-mail.

„Apariția unui alt dispozitiv fungic – un controler robotic – demonstrează în mod incitant potențialul remarcabil al ciupercilor.”

Rafael Mestre, lector la Școala de Electronică și Informatică de la Universitatea Southampton din Regatul Unit, care se ocupă de implicațiile sociale, etice și politice ale tehnologiilor emergente, a declarat că, dacă roboții biohibrizi devin mai sofisticați și sunt desfășurați în ocean sau în alt ecosistem, ar putea perturba habitatul, punând în discuție distincția tradițională dintre viață și mașină.

„Puneți aceste lucruri în lanțul trofic al unui ecosistem într-un loc în care nu ar trebui să fie”, a spus Mestre, care nu a fost implicat în noul studiu. „Dacă se eliberează în cantități mari, ar putea fi perturbator. Nu cred că în acest moment această cercetare specială are preocupări etice puternice … dar dacă continuă să se dezvolte, cred că este destul de crucial să luăm în considerare ce se întâmplă atunci când eliberăm acest lucru în aer liber”.