Biohibridni roboti na pogon električnih impulsa u gljivama

U stvaranju para novih robota, istraživači s američkog Sveučilišta Cornell, uzgojili su malo vjerojatnu komponentu, koja nije pronađena u laboratoriju nego na šumskom tlu, gljivični micelij.

Iskorištavanjem urođenih električnih signala micelija, istraživači su otkrili novi način kontrole biohibridnih robota koji potencijalno mogu reagirati na okolinu bolje od svojih čisto sintetičkih rođaka.

Rad tima, "Senzomotorna kontrola robota posredovana elektrofiziološkim mjerenjima gljivičnog micelija", objavljen je 28. kolovoza u časopisu Science Robotics. Glavni autor je Anand Mishra, znanstveni suradnik u  Laboratorija za organsku robotiku pod vodstvom Roba Shepherda, profesora strojarstva i zrakoplovnog inženjerstva na Cornell Engineeringu, i viši autor rada.

U dizajniranju robota, inženjeri su preuzeli mnoge uzore iz životinjskog carstva, sa strojevima koji oponašaju način na koji se živa bića  kreću,  osjećaju svoju okolinu i reguliraju unutarnju temperaturu putem znojenja.

U neke su robote ugradili živi materijal, poput stanica iz mišićnog tkiva, no te složene biološke sustave teško je održavati zdravima i funkcionalnima.

Miceliji su podzemni vegetativni dio gljiva, a imaju niz prednosti jer mogu rasti u teškim uvjetima, a također imaju sposobnost osjetiti kemijske i biološke signale i odgovoriti na višestruke ulaze.

"Ako razmišljate o sintetičkom sustavu, recimo bilo kojem pasivnom senzoru, koristimo ga samo za jednu svrhu. Ali živi sustavi reagiraju na dodir, svjetlost, toplinu, pa čak i na neke nepoznanice, poput signala," rekao je Mishra. "Zato mislimo, okej, ako ste htjeli izgraditi buduće robote, kako oni mogu raditi u neočekivanom okruženju? Možemo iskoristiti ove žive sustave, i kad svaki nepoznati unos dođe u njega, robot će na to odgovoriti."

Mishra je surađivao s nizom interdisciplinarnih istraživača. Posavjetovao se s Bruceom Johnsonom, višim znanstvenim suradnikom za neurobiologiju i ponašanje, i naučio kako snimiti električne signale koji se prenose u ionskim kanalima sličnim neuronima u membrani micelija. 

Kathie Hodge, izvanredna profesorica biljne patologije i biologije biljaka i mikroba u Školi integrativne biljne znanosti na Fakultetu za poljoprivredu i biološke znanosti, naučila je Mishra kako uzgajati čiste kulture micelija, jer se kontaminacija pokazuje kao pravi izazov za zabadanje elektroda u gljivice.

Sustav koji je Mishra razvio sastoji se od električnog sučelja koje blokira vibracije i elektromagnetske smetnje i točno bilježi i obrađuje elektrofiziološku aktivnost micelija u stvarnom vremenu, te kontrolera inspiriranog središnjim generatorima uzoraka, svojevrsnim neuronskim krugom. U suštini, sustav čita neobrađeni električni signal, obrađuje ga i identificira ritmičke skokove micelija, a zatim pretvara tu informaciju u digitalni kontrolni signal koji se šalje pokretačima robota.

Roboti su dovršili tri eksperimenta. U prvom su hodali i kotrljali se, kao odgovor na prirodne kontinuirane skokove u signalu micelija. Zatim su istraživači stimulirali robote ultraljubičastim svjetlom, što je uzrokovalo promjenu hoda, pokazujući sposobnost micelija da reagira na okolinu. U trećem scenariju, istraživači su uspjeli u potpunosti nadjačati izvorni signal micelija, kao što možete vidjeti u ovom videu.

"Ova vrsta projekta ne odnosi se samo na upravljanje robotom", rekao je Mishra. "Također se radi o stvaranju istinske veze sa živim sustavom. Jer kad jednom čujete signal, shvatit ćete i što se događa. Možda taj signal dolazi od neke vrste stresa. Dakle, vidite fizički odgovor, jer te signale ne možemo vizualizirati, ali robot radi vizualizaciju."

Ima li ovo neke praktične svrhe? Zasad nema, ali kada sljedeći puta s društvom otiđete u šumu brati vrganje, možda će vam poslužiti kao dobra tema za razgovor.