蘑菇如何影响你的机器人大脑

新型滚动、跳跃机器人通过真菌导航

Fanciful illustration of two mushrooms with a similar-looking robot standing between them, apparently communicating

托马斯·福克斯

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肉质白色平菇下隐藏的真菌网络不仅能孕育出美味的开胃菜。它还可以作为灵敏的机器人传感器,帮助引导轮式机器人和柔软的星形跳跃机器人。

当紫外线照射时,平菇的根状菌丝会产生电压尖峰。在一项发表于科学机器人的实验中,研究人员利用这一过程引导在培养皿中生长的真菌菌丝,通过连接的电极激活机器人的电机。

这些机器人加入了一个被称为生物混合体的机器家族。到目前为止,成功的例子包括一种硅基水母,它利用心脏细胞在水中推进自身,以及一种由实验室培养的骨骼肌驱动的双足机器人。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的生物混合研究员拉希德·巴希尔说,这些努力大多使用动物组织代替机械电机;这项新研究使用了截然不同的生物体的超能力,从而扩展了工程师的工具箱,他没有参与这项新研究。


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康奈尔大学的工程师、资深研究作者罗伯特·F·谢泼德说,真菌维护成本低廉,并且擅长检测细微的变化——不仅是光线,还有营养物质和气体,如二氧化碳和氨气。谢泼德梦想着将真菌驱动的机器人用于农业用途:例如,收获成熟水果或向干旱土壤添加氮的机器。他的团队从光感应开始,进行了一个更简单的概念验证实验。

将信号转化为滚动和海星形机器人的运动带来了自身的挑战。除了对光的电反应外,真菌在消化糖分时还会产生基线电流;对于这项研究,同样在康奈尔大学的第一作者阿南德·库马尔·米什拉尝试了最小化和利用这些额外信息。在后一种情况下,机器人对所有信号都有反应,但对紫外线引起的信号反应更快,因为紫外线引起的信号更大。米什拉想象,这种模型可能对需要在农业田中对氮缺乏区域做出停止、减速或改变方向反应的机器人很有用。

在未来的工作中,谢泼德和米什拉希望在整个机器人中培养真菌,以便设备可以从各个方向感知光线或化学物质。如果以特定方式布线,机器人也可以对这些局部刺激做出反应:例如,真菌控制的水果采摘机可能会将多个手臂伸向不同成熟桃子的位置。科学家们还将研究真菌菌丝的寿命。

目前,谢泼德和米什拉很高兴概念验证实验成功了。“我们真的不知道从哪里开始,”米什拉解释说,“因为这些机器人是同类首个。”该团队花了三年时间设计出一个可以对紫外线做出惊吓反应的机器人。第一次看到机械海星在桌子上飞奔时,谢泼德本人也感到非常“兴奋”。

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