Биогибридная робототехника, развивающаяся технология, объединяет биологические элементы с роботизированной электроникой. Недавно группа ученых совершила новое достижение, создав автономных роботов, управляемых грибами. По словам ученых, эта инновация может не только оказаться полезной для сельскохозяйственного производства и, в конечном счете, некоторых промышленных отраслей, но и углубить наше понимание поведения грибов.
Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) недавно разработали плавающих роботов для исследования океана, созданных из клеток медузы. А профессор Тахер Саиф и его команда из Университета Иллинойса разработали крошечных гибридных роботов, которые могут ходить и плавать, используя нейроны мыши.
В то время как в большинстве биороботов используются клетки животных, ученые из Корнельского университета применили новый подход, использовав для создания своих роботов грибы, а точнее, вешенки (Pleurotus eryngii).
Роботы, управляемые вешенками
Ананд Мишра, ведущий автор исследования, пояснил в пресс-релизе, что «самая большая проблема при использовании клеток животных в биогибридных роботах заключается в сохранении их жизни. Он добавил, что грибы, напротив, отличаются высокой жизнеспособностью. Возникает вопрос: как грибы могут стать ключевым элементом в биогибридном роботе? «Интегрировав мицелий в электронику робота», — объясняет Роберт Шепард, профессор механической и аэрокосмической инженерии. В своем исследовании, опубликованном в журнале Science Robotics, ученые рассказали, как разветвленные сети мицелия могут общаться с помощью электрических сигналов.
Для создания роботов команда использовала мицелий вешенки, который легко выращивать и поддерживать, что делает его идеальным для эксперимента. Исследователи вырастили эти грибы в 3D-печатных структурах, оснащенных электродами.
Этот электрический интерфейс, описанный Мишрой как «живая система, взаимодействующая с механической системой», был разработан не только для анализа, но и для обработки и преобразования сигналов, испускаемых грибами. Другими словами, интерфейс преобразует электрические импульсы в цифровые команды, а затем отправляет их на клапаны и двигатели роботов, чтобы заставить их двигаться.
Для реализации этого инновационного подхода ученые вдохновились тем, как работают нейроны, преобразуя электрические импульсы в двигательные функции. «Вам нужны знания в области машиностроения, электроники, микологии, нейробиологии и обработки сигналов. Все эти области объединяются, чтобы создать систему такого типа», — объясняет Мишра.
Две отдельные версии, управляемые грибками
Для исследования Мишра и его коллеги разработали две версии биогибридных роботов. Первый передвигается с помощью колес, а второй, похожий на морскую звезду, сжимает конечности, чтобы двигаться вперед. В обоих случаях роботы двигаются под воздействием световых стимулов. «Грибы растут в темной среде, поэтому воздействие света побуждает их искать новое, более темное место», — объясняет Роб Шепард, профессор машиностроения и аэрокосмической техники Корнельского университета (Engineering) и ведущий автор исследования. Именно так команде пришла в голову идея использовать ультрафиолетовые лучи, чтобы побудить роботов к быстрому передвижению.
По мнению команды, эти биогибридные роботы могут найти применение в сельском хозяйстве, в частности, для обнаружения химических веществ или бактерий на полях. «Этот проект — не просто управление роботом, но и создание реальной связи с живой системой», — заключают исследователи. Более того, он может помочь нам глубже понять поведение грибов».
