Биогибридная робототехника представляет собой перспективное направление на стыке биологии и инженерии, где живые организмы или их компоненты интегрируются в механические системы. Это позволяет создавать устройства с уникальными, зачастую недоступными для классической робототехники, возможностями. Одним из самых неожиданных и многообещающих прорывов в этой области стало создание автономных роботов, управляемых не клетками животных, а... грибами. Это нововведение открывает путь к практическому применению в сельском хозяйстве и промышленности, а также даёт учёным новый инструмент для изучения загадочного поведения грибных организмов.
Ранее научные группы уже демонстрировали впечатляющие результаты: исследователи из Калтеха создали плавающего робота из клеток медузы для подводных исследований, а команда профессора Тахера Саифа разработала микроскопических гибридных роботов, использующих нейроны мыши для передвижения. Однако учёные из Корнелльского университета пошли другим путём, выбрав в качестве «мозга» для своего робота мицелий вешенки (Pleurotus eryngii).
Вешенки как идеальный «биокомпьютер»
Ключевой проблемой в биогибридной робототехнике всегда была хрупкость биологического компонента. «Основная сложность при работе с клетками животных — это необходимость поддерживать их жизнеспособность в искусственных условиях, — объясняет ведущий автор исследования Ананд Мишра. — Грибы в этом плане гораздо более устойчивы и выносливы». Возникает закономерный вопрос: как же заставить гриб управлять машиной? Ответ, найденный командой, заключается в интеграции мицелия — разветвлённой сети грибных нитей — в электронную систему робота. Профессор Роберт Шеперд, соавтор работы, отмечает, что мицелий способен генерировать и передавать электрические сигналы, что и легло в основу управления. Эти открытия были подробно описаны в авторитетном журнале Science Robotics.
Для экспериментов исследователи выбрали вешенку, так как её мицелий легко выращивать и поддерживать. Грибы культивировались на специальных 3D-печатных конструкциях, оснащённых электродами. Мишра описывает созданный интерфейс как мост между живой и механической системами: он не просто считывает сигналы от гриба, но и обрабатывает их, преобразуя естественные электрические импульсы мицелия в цифровые команды. Эти команды затем отправляются на исполнительные устройства робота — клапаны и двигатели, заставляя его совершать запрограммированные действия.
Обратите внимание: Полезные элементы в Fiji.
По сути, учёные создали своеобразный «переводчик» с языка грибов на язык машин.Инновационный подход команды был вдохновлён принципами работы нервной системы, где нейроны преобразуют электрические импульсы в движение. «Для реализации такого проекта требуются знания из самых разных областей: машиностроения, электроники, микологии, нейробиологии и обработки сигналов, — подчёркивает Мишра. — Именно их синтез позволил создать работающую систему».
Два робота под грибным контролем
В рамках исследования были созданы и испытаны две различные модели биогибридных роботов. Первая представляет собой платформу на колёсах, а вторая имитирует морскую звезду, двигающуюся за счёт попеременного сжатия и разжатия конечностей. Объединяет их принцип управления: оба робота приводятся в движение световым стимулом. «Поскольку грибы в природе растут в темноте, воздействие света становится для них сигналом к поиску более тёмного места, — поясняет профессор Роб Шепард. — Мы использовали ультрафиолетовый свет, чтобы побудить роботов к целенаправленному перемещению».
Исследователи видят большой потенциал для таких систем в сельском хозяйстве, например, для автономного мониторинга полей и обнаружения патогенов или вредных химических веществ. «Наш проект — это больше, чем просто управление роботом, — заключают авторы. — Это установление реальной двусторонней связи с живой системой. Кроме практической пользы, он открывает уникальную возможность глубже изучить и понять сложное поведение грибов, которое до сих пор во многом остаётся для науки загадкой».
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Биогибридная робототехника, развивающаяся технология, объединяет биологические элементы с роботизированной электроникой.