Grzyby sterujące robotami: biohybrydowe maszyny

Zdjęcie: grzyby roboty

W ostatnich latach naukowcy coraz częściej czerpią inspirację z natury, tworząc innowacyjne rozwiązania technologiczne. Jednym z najbardziej fascynujących osiągnięć w tej dziedzinie jest opracowanie biohybrydowych robotów, które wykorzystują grzybnię jako element sterujący. To przełomowe połączenie biologii z robotyką otwiera nowe możliwości w zakresie interakcji maszyn z otoczeniem.

Grzybnia jako biologiczny kontroler

Grzybnia taka jak np. w growkitach, czyli wegetatywna część grzyba, składa się z sieci cienkich strzępek, które penetrują substrat w poszukiwaniu składników odżywczych. Co ciekawe, grzybnia z pudełek growkit także wykazuje aktywność elektrofizjologiczną, generując impulsy elektryczne w odpowiedzi na bodźce środowiskowe, takie jak zmiany temperatury, światła czy obecność substancji chemicznych. Ta zdolność do reagowania na różnorodne sygnały sprawia, iż grzybnia może pełnić rolę naturalnego sensora i procesora informacji.

Integracja grzybni z robotyką

Zespół naukowców z Uniwersytetu Cornella w USA oraz Uniwersytetu Florenckiego we Włoszech postanowił wykorzystać te unikalne adekwatności grzybni, integrując ją z systemami robotycznymi. W ramach eksperymentów wyhodowano grzybnię boczniaka mikołajkowego (Pleurotus eryngii) bezpośrednio w układach elektronicznych robotów. Następnie opracowano interfejs elektryczny, który pozwalał na rejestrowanie i przetwarzanie sygnałów elektrycznych generowanych przez grzybnię. Te sygnały były następnie tłumaczone na polecenia sterujące ruchami robotów.

Prototypy biohybrydowych robotów

W wyniku badań powstały dwa prototypy biohybrydowych robotów:

1. Robot o miękkiej konstrukcji przypominającej pająka: Wyposażony w elastyczne odnóża, zdolny do poruszania się w różnych kierunkach.
2. Robot na kołach: Klasyczna konstrukcja jeżdżąca, umożliwiająca przemieszczanie się po płaskich powierzchniach.

Oba roboty zostały wyposażone w grzybnię umieszczoną w specjalnych komorach, co pozwalało na monitorowanie jej aktywności elektrycznej i wykorzystywanie jej do sterowania ruchem maszyn.

Eksperymenty i wyniki

Przeprowadzono serię eksperymentów mających na celu ocenę zdolności grzybni do sterowania robotami:

• Reakcja na naturalne sygnały grzybni: Roboty poruszały się w odpowiedzi na spontaniczne impulsy elektryczne generowane przez grzybnię, co dowodziło jej umiejętności wpływania na zachowanie maszyn.
• Stymulacja światłem ultrafioletowym: Pod wpływem światła UV grzybnia zmieniała swoją aktywność elektryczną, co skutkowało modyfikacją ruchów robotów.
• Sterowanie zewnętrzne: Naukowcy byli w stanie przejąć kontrolę nad sygnałami grzybni, umożliwiając manualne sterowanie robotami poprzez zewnętrzne impulsy elektryczne.

Potencjalne zastosowania

Integracja grzybni z robotyką otwiera szerokie perspektywy zastosowań:

• Rolnictwo: Roboty wyposażone w grzybnię mogą monitorować skład chemiczny gleby, identyfikując potrzeby nawożenia i pomagając w optymalizacji procesów uprawnych.
• Ochrona środowiska: Dzięki zdolności grzybni do wykrywania zanieczyszczeń chemicznych, takie roboty mogą być wykorzystywane do monitorowania jakości wody i powietrza.
• Eksploracja trudnych terenów: Biohybrydowe roboty mogą działać w ekstremalnych warunkach, takich jak głębiny oceaniczne czy powierzchnia innych planet, gdzie tradycyjne sensory mogą zawodzić.

Wyzwania i przyszłość technologii

Mimo obiecujących wyników, integracja żywych organizmów z systemami robotycznymi wiąże się z wyzwaniami:

• Utrzymanie żywotności grzybni: Zapewnienie odpowiednich warunków dla grzybni w strukturze robota jest najważniejsze dla długoterminowego funkcjonowania takiego systemu.
• Stabilność sygnałów: Naturalna zmienność aktywności elektrycznej grzybni może wpływać na precyzję sterowania robotem.

Jednak dalsze badania i rozwój tej technologii mogą prowadzić do stworzenia bardziej zaawansowanych i adaptacyjnych systemów robotycznych, które będą w stanie lepiej współdziałać z otoczeniem dzięki wykorzystaniu biologicznych komponentów.