Для управления биогибридными роботами использовали... грибницу

Создание робота требует времени, технических навыков, нужных материалов, а иногда и небольшого количества грибов.


При создании пары новых роботов исследователи из Корнельского университета, штат Нью-Йорк, вырастили в робототехнических целях компонент, который можно найти в лесной подстилке: грибной мицелий, или грибницу. Используя свойственную этой биологической ткани способность проводить и воспринимать электросигналы, исследователи открыли новый способ управления биогибридными роботами. Идея была в том, что такие устройств, предположительно, смогут взаимодействовать с окружающей средой успешнее, чем их истинно синтетические аналоги.

Статью в журнале Science Robotics («Научная робототехника») участники проекта озаглавили «Сенсомоторный контроль роботов, опосредованный электрофизиологическими измерениями мицелия грибов». Ведущий автор — Ананд Мишра, научный сотрудник лаборатории органической робототехники.

Возглавивший исследование профессор машиностроения и аэрокосмической инженерии Роб Шепард сказал, что они с коллегами одними из первых обратились к царству грибов, чтобы обеспечить роботам восприятие окружающей среды, а себе — возможность подавать команды. Внедрив мицелий в электронику робота, учёные помогли биогибридной машине воспринимать окружающую среду и реагировать на неё. В качестве входящего сигнала использовали вспышки света, но в будущем намерены сделать его химическим.

Потенциал таких роботов близок к природе, как и они сами: например, определять химический состав почвы и решать, когда добавлять больше удобрений. Или выявлять цветение вредных водорослей.

Вообще, при проектировании роботов инженеры и ранее заимствовали многие идеи из живой природы. Уже были созданы устройства, которые имитируют движения живых существ, «ощущают» окружающую среду и даже регулируют внутреннюю температуру с помощью «потоотделения». Некоторые роботы содержат живой материал, например клетки мышечной ткани. Но у всех роботов с «био-» в названии есть существенный недостаток: такие системы трудно поддерживать «здоровыми» и функциональными. Опираясь на смысл «био-» можно добавить, что сохранить такого робота «живым» не всегда просто.

Мицелий, он же грибница — это подземная разрастающаяся часть данных организмов, и у неё есть ряд преимуществ: способность расти в суровых условиях, воспринимать химические, биологические и прочие сигналы, а также реагировать на множество из них.

Ананд Мишра сказал, что в синтетической системе пассивный датчик можно использовать с единственной целью. Зато системы с живыми тканями реагируют на прикосновение, свет, тепло и так далее. Вот почему создание роботов будущего, вероятно, будет включать биологические составляющие.

Однако поиск способа интеграции грибов и роботов требует не только технической подкованности. Мишра объяснил, что для таких проектов нужно образование в области машиностроения, познания в электронике, а также хотя бы немного — в микологии (науке о грибах) и в нейробиологии, поскольку речь идёт об обработке сигналов. Все эти области знаний объединяются, чтобы сочетаться в систему.

Мишра сотрудничал с целым рядом междисциплинарных исследователей. Так, Кэти Ходж, профессор патологии и биологии растений и микробов, научила Мишру выращивать чистые культуры мицелия, потому что загрязнение примесями усложняет задачу, когда в ткань гриба вводят электроды.

Разработанная Мишрой система состоит из электрического интерфейса, который блокирует вибрации и электромагнитные помехи и точно регистрирует и обрабатывает электрофизиологическую активность мицелия в режиме реального времени, а также контроллера, так что получилась своего рода нейронная цепь. По сути, система считывает электрический сигнал, обрабатывает его и идентифицирует ритмические всплески в мицелии, а затем преобразует эту информацию в цифровой управляющий сигнал, который идёт на исполнительные механизмы робота.

В результате были построены два биогибридных робота: мягкий робот в форме паука и движущийся на колёсах.

Роботов испытали в ходе трёх экспериментов. В первом роботы ходили либо катались в ответ на естественные непрерывные всплески сигнала мицелию. Затем исследователи стимулировали роботов ультрафиолетовым излучением, которое заставляло их изменять «походку», то есть демонстрировать способность мицелия реагировать на окружающую среду. В третьем сценарии исследователи смогли полностью подавить (практически отменить) передачу сигнала мицелием.

Последствия научного проекта выходят далеко за рамки робототехники и микологии. Мишра объяснил, что результаты касаются не только управления роботами. Речь также идёт о создании подлинной связи с живой системой, когда робот фактически воплощает в действия физические сигналы.