پیوند طبیعت و فناوری: مهندسان ربات بیوهیبریدی با مغز قارچی ساختند

ساخت ربات معمولاً به زمان، مهارت فنی، مواد مناسب و ظاهراً گاهی اوقات کمی قارچ نیاز دارد. محققان دانشگاه کرنل در شهر ایتاکا در ایالت نیویورک، در تلاش برای ساخت دو ربات جدید، از ماده‌ای بسیار غیرمنتظره استفاده کردند. این عنصر نه در آزمایشگاه، بلکه در جنگل‌ها یافت می‌شود: میسیلیوم‌ها یا جلینه‌های قارچی که توده‌ای از نخینه‌های قارچ هستند.

محققان با استفاده از سیگنال‌های الکتریکی درون میسیلیوم‌های قارچی، به روشی نوین برای کنترل ربات‌های «بیوهیبریدی» دست یافتند که باعث می‌شود این ربات‌ها به طور بالقوه، نسبت به همتایان کاملاً مصنوعی خود بهتر به محیط اطراف واکنش نشان دهند.

به گزارش دانشگاه کرنل، مقاله‌ی محققان با عنوان «کنترل حسی حرکتی ربات‌ها با استفاده از اندازه‌گیری‌های الکتروفیزیولوژیکی میسیلیوم‌های قارچی» در مجله ساینس رباتیکس منتشر شده است. نویسندگان مقاله، آناند میشرا، عضو پژوهشی آزمایشگاه رباتیک ارگانیک و راب شپرد، سرپرست آزمایشگاه و استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه کرنل هستند.

شپرد می‌گوید: «این مقاله، اولین نمونه‌ای است که از قارچ‌ها برای ارائه‌ی حسگرهای محیطی و سیگنال‌های فرمان به ربات‌ها استفاده می‌کند تا سطح خودگردانی آن‌ها را بهبود بخشد. ما با پرورش میسیلیوم در الکترونیک ربات، توانستیم به این ماشین بیوهیبریدی امکان بدهیم که محیط اطرافش را حس کند و به آن واکنش نشان دهد.»

به گفته‌ی شپرد، محققان در نمونه‌ی فعلی از نور به عنوان ورودی استفاده کردند، اما ورودی در آینده می‌تواند شیمیایی باشد. ربات‌های آینده می‌توانند در کشت ردیفی، شیمی خاک را تشخیص دهند و درمورد افزودن کود تصمیم‌گیری کنند. این امر ممکن است اثرات نامطلوب کشاورزی، مثل شکوفایی جلبک‌های مضر را کاهش دهد.

میسیلیوم‌ها یا جلینه‌ها، بخش زیرزمینی قارچ‌ها هستند و مزایای بسیاری دارند. آن‌ها می‌توانند در شرایط سخت رشد کنند و همچنین، از توانایی حس‌کردن سیگنال‌های شیمیایی و بیولوژیکی و پاسخ به ورودی‌های متعدد، برخوردار هستند.

اما ترکیب قارچ‌ها و ربات‌ها به چیزی فراتر از مهارت فنی و دانش زیست‌شناسی نیاز دارد. میشرا می‌گوید برای تحقق این امر، به تخصص در زمینه‌های مهندسی مکانیک، الکترونیک، قارچ‌شناسی، نوروبیولوژی و پردازش سیگنال نیاز است. همه‌ی این حوزه‌های تخصصی با هم ترکیب می‌شوند تا چنین سیستمی را بسازند.

بدین صورت، همکاری میشرا با گروهی از محققان میان‌رشته‌ای آغاز شد. او با بروس جانسن، عضو پژوهشی ارشد در رشته نوروبیولوژی و رفتار، مشورت کرد و چگونگی ثبت سیگنال‌های الکتریکی را که در کانال‌های یونی شبه‌نورون غشای میسیلیوم جریان دارند، یاد گرفت. کتی هاج، استادیار آسیب‌شناسی گیاهان و زیست‌شناسی گیاهی میکروبی، به میشرا یاد داد که چگونه میسیلیوم‌های مناسبی را پرورش دهد و کشت تمیزی داشته باشد، زیرا در صورت فروکردن الکترودها در قارچ‌ها، آلودگی آن‌ها بسیار چالش‌برانگیز خواهد بود.

محققان دو ربات بیوهیبریدی ساختند: یک ربات نرم به شکل عنکبوت و یک ربات چرخ‌دار. ربات‌ها سه آزمایش انجام دادند. در اولین آزمایش، به عنوان پاسخی به ضربه‌های پالسی طبیعی و پیوسته‌ی سیگنال‌های میسیلیوم، به ترتیب راه رفتند و غلتیدند. سپس، محققان ربات‌ها را با نور فرابنفش تحریک کردند که باعث تغییر در الگوی حرکتی آن‌ها شد و توانایی میسیلیوم را در واکنش به محیط اطراف، نمایان ساخت. در سناریوی سوم، محققان توانستند سیگنال غیراکتسابی میسیلیوم را کاملاً خنثی و حذف کنند.

نتایج آزمایش‌های گروه محققان، فراتر از یافته‌های حوزه‌های رباتیک و قارچ‌شناسی است. میشرا می‌گوید: «این پروژه فقط به کنترل یک ربات نمی‌پردازد. بلکه درباره‌ی برقراری ارتباط حقیقی با سیستمی زنده است. وقتی شما سیگنال را می‌شنوید، درک می‌کنید که چه اتفاقی در حال رخ‌دادن است. شاید سیگنال از نوعی تنش نشأت گرفته باشد. بنابراین، واکنش فیزیکی نیز مشاهده می‌شود. سیگنال‌ها دیده نمی‌شوند، اما ربات در حال ایجاد تصویری از همان سیگنال‌ها است.»