Para crear un par de nuevos robots, los investigadores de Cornell cultivaron un componente poco común, que no se encuentra en el laboratorio, sino en el suelo del bosque: el micelio de los hongos. Al aprovechar las señales eléctricas innatas de los micelios, los investigadores descubrieron una nueva forma de controlar robots biohíbridos que potencialmente pueden reaccionar a su entorno mejor que sus contrapartes puramente sintéticas.
Control sensoriomotor de robots con hongos
El artículo del equipo de investigación Control sensoriomotor de robots mediado por mediciones electrofisiológicas de micelios fúngicos, se publicó el 28 de agosto pasado en Science Robotics. El autor principal es Anand Mishra, investigador asociado en el Laboratorio de Robótica Orgánica dirigido por Rob Shepherd, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en Cornell Engineering, y autor principal del artículo.“Este artículo es el primero de muchos que utilizarán al reino de los hongos para proporcionar sensores ambientales y señales de comando a los robots para mejorar sus niveles de autonomía”, dijo Shepherd. “Al cultivar micelio en la electrónica de un robot, pudimos permitir que la máquina biohíbrida detectara y respondiera al entorno. En este caso, utilizamos luz como entrada, pero en el futuro será química. El potencial de los robots futuros podría ser detectar la química del suelo en cultivos en hileras y decidir cuándo agregar más fertilizante, por ejemplo, tal vez mitigando los efectos posteriores de la agricultura como las floraciones de algas nocivas”.
A la hora de diseñar los robots del futuro, los ingenieros se han inspirado en el reino animal, con máquinas que imitan la forma en que se mueven los seres vivos , perciben su entorno e incluso regulan su temperatura interna mediante la transpiración . Algunos robots han incorporado material vivo, como células de tejido muscular, pero esos complejos sistemas biológicos son difíciles de mantener sanos y funcionales. Después de todo, no siempre es fácil mantener vivo a un robot.
El micelio como emisor, receptor y transmisor de señales
Los micelios son la parte vegetativa subterránea de los hongos y tienen numerosas ventajas: pueden crecer en condiciones adversas, tienen la capacidad de detectar señales químicas y biológicas y responder a múltiples estímulos.“Si pensamos en un sistema sintético –digamos, cualquier sensor pasivo–, lo utilizamos con un único fin. Pero los sistemas vivos responden al tacto, a la luz, al calor, incluso a algunas cosas desconocidas, como las señales”, dijo Mishra. “Por eso pensamos: “Bien, si quisiéramos construir robots futuros, ¿cómo podrían trabajar en un entorno inesperado? Podemos aprovechar estos sistemas vivos y, ante cualquier información desconocida que llegue, el robot responderá a ella”.
Sin embargo, encontrar una forma de integrar hongos y robots requiere algo más que conocimientos técnicos y buena mano verde.
“Hay que tener conocimientos de ingeniería mecánica, electrónica, algo de micología, algo de neurobiología, algún tipo de procesamiento de señales”, dijo Mishra. “Todos estos campos se unen para construir este tipo de sistema”.
Mishra colaboró con una variedad de investigadores interdisciplinarios. Consultó con Bruce Johnson, investigador asociado sénior en neurobiología y comportamiento, y aprendió a registrar las señales eléctricas que se transmiten en los canales iónicos similares a neuronas en la membrana de los micelios. Kathie Hodge , profesora asociada de patología vegetal y biología de plantas y microbios en la Escuela de Ciencias Vegetales Integrativas de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida, enseñó a Mishra cómo cultivar cultivos de micelios limpios, porque la contaminación resulta ser todo un desafío cuando se colocan electrodos en hongos.
Una interfaz conectada a los hongos
El sistema desarrollado por Mishra consiste en una interfaz eléctrica que bloquea las vibraciones y las interferencias electromagnéticas y registra y procesa con precisión la actividad electrofisiológica de los micelios en tiempo real, y un controlador inspirado en los generadores de patrones centrales, una especie de circuito neuronal. Básicamente, el sistema lee la señal eléctrica en bruto, la procesa e identifica los picos rítmicos de los micelios, luego convierte esa información en una señal de control digital, que se envía a los actuadores del robot.Se construyeron dos robots biohíbridos: un robot blando con forma de araña y un robot con ruedas. Los robots completaron tres experimentos. En el primero, los robots caminaron y rodaron, respectivamente, como respuesta a los picos naturales y continuos en la señal de los micelios. Luego, los investigadores estimularon a los robots con luz ultravioleta, lo que hizo que cambiaran su forma de andar, demostrando la capacidad de los micelios para reaccionar a su entorno. En el tercer escenario, los investigadores pudieron anular por completo la señal nativa de los micelios.
Aplicaciones futurísticas de los hongos
Las posibles aplicaciones van mucho más allá de los campos de la robótica y los hongos. “Este tipo de proyecto no consiste únicamente en controlar un robot”, dijo Mishra. “También consiste en crear una verdadera conexión con el sistema vivo. Porque una vez que escuchas la señal, también entiendes lo que está sucediendo. Tal vez esa señal provenga de algún tipo de estrés. Así que estás viendo la respuesta física, porque esas señales no las podemos visualizar, pero el robot está haciendo una visualización”.
Los coautores incluyen a Johnson, Hodge, Jaeseok Kim de la Universidad de Florencia, Italia, y la asistente de investigación de pregrado Hannah Baghdadi.
La investigación fue apoyada por el Centro de Ciencia y Tecnología CROPPS de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del Departamento de Agricultura de los EE. UU. y el programa Señal en el Suelo de la NSF.
Traducido de:
https://news.cornell.edu/stories/2024/08/biohybrid-robots-controlled-electrical-impulses-mushrooms
Fuente: este post proviene de Cesta y Setas, donde puedes consultar el contenido original.
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