Робот-гибрид, сделанный из грибов, уже может сам пойти за грибами
Исследователи из Корнеллского университета взяли компонент, который проще найти не в лаборатории, а в лесу, — грибной мицелий. Используя природные электрические сигналы мицелия, ученые разработали новый способ управления «биогибридными» роботами, которые могут реагировать на окружающую среду лучше, чем их чисто синтетические аналоги. Работа опубликована в журнале Science Robotics.
«Эта статья — первая из многих, в которых будет использоваться царство грибов для создания датчиков окружающей среды и передачи командных сигналов роботам», — сказал соавтор работы Роб Шепард. — «Вырастив мицелий прямо в электронике робота, мы позволили биогибридной машине чувствовать окружающую среду и реагировать на нее. Мы использовали свет в качестве входных данных, но в будущем это будут химические данные. Потенциально будущих гибридных роботов можно использовать, чтобы определять химию почвы в пропашных культурах и решать, когда добавлять больше удобрений, смягчая последствия сельского хозяйства».
Живой мир внутри машины
При проектировании самых разных роботов ученые взяли многое из животного мира. Есть машины, которые имитируют то, как двигаются живые существа, как они чувствуют окружающую среду и даже как регулируют свою внутреннюю температуру с помощью пота. Некоторые роботы включают в себя живой материал, например, клетки мышечной ткани, но эти сложные биологические системы трудно поддерживать здоровыми и функциональными в течении долгого времени.
Мицелий — это подземная вегетативная часть грибов, и у них есть целый ряд преимуществ. Грибы могут расти в суровых условиях. Они обладают способностью воспринимать химические и биологические сигналы и реагировать на различные входные сигналы.
Мягкий робот, управляемый светочувствительным грибным мицелием, перемещается по поверхности. Anand Mishra
«Любом пассивный датчик мы используем ровно для одной цели, то есть измерения одного типа данных. Но живые системы реагируют и на прикосновение, и на свет, и на тепло. Они реагируют даже на такие сигналы, о которых мы не догадывается», — сказал соавтор работы Ананд Мишра. — «Если мы хотим построить таких роботов, которые могут работать в неизвестной заранее среде, мы можем использовать живые системы».
Разработанная Мишрой система состоит из электрического интерфейса, который блокирует вибрацию и электромагнитные помехи и точно записывает и обрабатывает электрофизиологическую активность мицелия в реальном времени, и контроллера — своего рода нейронной цепи. Система считывает электрический сигнал, обрабатывает его и идентифицирует ритмические всплески мицелия, а затем преобразует эту информацию в цифровой управляющий сигнал, который отправляется на исполнительные механизмы робота.
На ножках и на колесиках
Колесный робот, управляемый грибным мицелием, реагирует на свет и катится по поверхности. Anand Mishra
Были построены два биогибридных робота: мягкий робот в форме паука и колесный бот. Были проведены три эксперимента. В первом роботы ходили и катились соответственно в ответ на естественные непрерывные всплески сигнала мицелия. Затем исследователи стимулировали роботов ультрафиолетовым светом, что заставило их изменить характер движения. Это показало способность мицелия реагировать на окружающую среду. В третьем эксперименте исследователи смогли полностью переопределить собственный сигнал мицелия.
Последствия работы выходят далеко за рамки областей робототехники и разведения грибов.
«Проект такого рода — это не просто управление роботом», — говорит Мишра. «Речь идет о распознавании наших связей с живыми системами. Вы можете просто не понимать или не чувствовать сигнал, но робот делает этот сигнал видимым».