Wsadzili grzyba do robota, a ten zaczął wesoło hasać. Tak działa grzybowa sieć neuronowa

Grzyby mają swoje własne, niezwykle złożone systemy komunikacji. Ich podziemne sieci, zwane grzybnią, przypominają nieco nasz mózg. Tworzą one skomplikowane połączenia, które reagują na bodźce z otoczenia. Naukowcy od dawna zastanawiali się, czy te reakcje można jakoś zinterpretować i wykorzystać.

Problem w tym, że grzyby nie są zbyt mobilne. Co jednak stałoby się gdybyśmy dali grzybom możliwość poruszania się, a sygnały grzybni przełożyli na ruchy robota?

Postanowił sprawdzić to zespół badaczy z Uniwersytetu Cornella w USA i Uniwersytetu we Florencji we Włoszech. Wyniki eksperymentu są zaskakujące.

Wykorzystując naturalne sygnały elektryczne grzybni, naukowcy odkryli nowy sposób kontrolowania „biohybrydowych” robotów, które dzięki temu mogą radzić sobie lepiej w otaczającym je środowisku, niż ich czysto syntetyczne odpowiedniki. Wyniki eksperymentu opublikowano w Science Robotics.

Do badania wykorzystano gatunku grzyba pleurotus eryngii, znanego również jako boczniak mikołajkowy. Jest to jadalny i smaczny grzyb, choć w Polsce objęty ścisłą ochroną gatunkową.

Dzięki rozwojowi grzybni w elektronice robota biohybrydowa maszyna był w stanie wykrywać i reagować na środowisko. W tym przypadku naukowcy użyli światła jako danych wejściowych, ale w przyszłości będzie to chemia. Grzyb był niejako „mózgiem” tych maszyn. Jego elektryczne impulsy, które normalnie służą do komunikacji wewnątrz grzybni, zostały przetłumaczone na sygnały sterujące pojazdami.

Takie roboty można wykorzystywać np. w rolnictwie. Będą one mogły analizować chemię gleby w uprawach rzędowych i decydować, kiedy dodać więcej nawozu.

Projektując roboty przyszłości, inżynierowie zaczerpnęli wiele wskazówek ze świata zwierząt, tworząc maszyny, które naśladują sposób poruszania się żywych stworzeń, wyczuwają otoczenie, a nawet regulują temperaturę wewnętrzną poprzez pocenie się.

Niektóre roboty zawierają żywy materiał, taki jak komórki tkanki mięśniowej, ale trudno jest utrzymać te złożone systemy biologiczne w zdrowiu i sprawności. W końcu utrzymanie robota przy życiu nie zawsze jest łatwe.

Grzybnia to podziemna wegetatywna część grzybów, która ma wiele zalet. Może rosnąć w trudnych warunkach i ma zdolność wykrywania sygnałów chemicznych i biologicznych oraz reagowania na wiele bodźców.

Jednak znalezienie sposobu na integrację grzybów i robotów wymaga czegoś więcej niż tylko wiedzy technicznej i zdolności ogrodniczych.

Mishra współpracował z wieloma interdyscyplinarnymi badaczami i nauczył się rejestrować sygnały elektryczne przenoszone przez kanały jonowe przypominające neurony w błonie grzybni. 

System opracowany przez Mishrę składa się z interfejsu elektrycznego, który blokuje drgania i zakłócenia elektromagnetyczne oraz dokładnie rejestruje i przetwarza aktywność elektrofizjologiczną grzybni w czasie rzeczywistym, a także kontrolera zainspirowanego centralnymi generatorami wzorców – rodzajem obwodu neuronowego.

System odczytuje surowy sygnał elektryczny, przetwarza go i identyfikuje rytmiczne impulsy grzybni, a następnie przekształca te informacje w cyfrowy sygnał sterujący, który jest wysyłany do siłowników robota.

Więcej o technologii i grzybach przeczytasz na Spider's Web:

Zbudowano dwa roboty biohybrydowe: robota w kształcie pająka i robota na kółkach.

Roboty ukończyły trzy eksperymenty. W pierwszym robot chodził i turlał się w odpowiedzi na naturalne ciągłe skoki sygnału grzybni. Następnie naukowcy stymulowali roboty światłem ultrafioletowym, co spowodowało, że zmieniły swój chód, demonstrując zdolność grzybni do reagowania na otoczenie. W trzecim scenariuszu naukowcy byli w stanie całkowicie zignorować natywny sygnał grzybni.

Konsekwencje wykraczają daleko poza dziedzinę robotyki i grzybów. Tego rodzaju projekt nie polega tylko na sterowaniu robotem. Chodzi również o stworzenie prawdziwego połączenia z żywym systemem.

To odkrycie otwiera zupełnie nowe możliwości w dziedzinie robotyki. Wyobraźmy sobie roboty, które są w stanie dostosować swoje zachowanie do zmieniającego się środowiska w sposób bardziej naturalny i elastyczny niż tradycyjne roboty programowane.

Grzyby mogą wydawać się mało dynamiczne, ale ich zdolność do przesyłania impulsów elektrochemicznych stawia je w roli niezwykle interesującego obiektu badań. Dzięki pionierskim eksperymentom, jak ten przeprowadzony przez zespoły z USA i Włoch, poznajemy potencjał grzybni w roli biokomputerów czy systemów sterujących. Kto wie, może pewnego dnia grzyby naprawdę przejmą kontrolę – ale zamiast horroru otrzymamy fascynującą technologiczną rewolucję.

Czy w przyszłości zobaczymy grzybowe sterowniki w dronach albo autonomicznych maszynach? Tego jeszcze nie wiemy, ale jedno jest pewne – grzyby to coś więcej niż tylko składnik bigosu czy pizzy.