ロボットの構築には時間、技術スキル、適切な材料、そして場合によっては少しの菌類が必要です。

コーネル大学の研究者らは、一対の新しいロボットを作成するにあたり、研究室ではなく林床で見つかった、ありそうもない成分である真菌の菌糸体を培養した。研究者らは、菌糸体が本来持つ電気信号を利用することで、純粋に合成されたロボットよりも環境にうまく反応できる可能性がある「バイオハイブリッド」ロボットを制御する新しい方法を発見した。

研究チームの論文「真菌菌糸体の電気生理学的測定によるロボットのセンサーモーター制御」出版されていますでサイエンスロボティクス。筆頭著者はアナンド・ミシュラ氏で、コーネル大学の機械・航空宇宙工学教授であり、この論文の主著者であるロブ・シェパード氏が率いる有機ロボティクス研究所の研究員である。

「この論文は、真菌界を利用してロボットに環境感知とコマンド信号を提供し、自律性のレベルを向上させる多くの論文のうちの最初のものです」とシェパード氏は述べた。「ロボットの電子機器に菌糸体を成長させることで、バイオハイブリッドマシンが環境を感知して反応できるようにすることができました。この場合、入力として光を使用しましたが、将来的には化学的になるでしょう。将来の可能性ロボットは、列作物の土壌化学を感知し、肥料をいつ追加するかを決定することができ、たとえば、有害な藻類の発生などの農業の下流への影響を軽減できる可能性があります。」

明日のロボットを設計する際、エンジニアは多くのヒントをロボットから得ています。動物界、生き物の動きを模倣し、環境を感知し、さらには発汗によって内部温度を調節する機械を備えています。一部のロボットには筋肉組織の細胞などの生体物質が組み込まれていますが、複雑な生物学的システム健康と機能を維持することが困難です。結局のところ、ロボットを生かし続けるのは必ずしも簡単ではありません。

菌糸体はキノコの地下の栄養部分であり、多くの利点があります。過酷な条件でも成長する可能性があります。また、化学的および生物学的信号を感知し、複数の入力に応答する能力もあります。

「合成システム、たとえば受動センサーについて考えてみると、私たちはそれをただ 1 つの目的のために使用しているだけです。しかし、生きたシステムは接触に反応し、光に反応し、熱に反応し、いくつかの未知のものにも反応します。信号のようなものだ」とミシュラさんは語った。「だからこそ、私たちは、未来のロボットを作りたいと思ったら、予期せぬ環境でどうやって動作させることができるだろうかと考えるのです。私たちはこれらの生体システムを活用することができ、未知の入力が入ってくると、ロボットはそれに反応します。」

ただし、キノコとロボットを統合する方法を見つけるには、テクノロジーの知識とグリーンサムだけでは不十分です。

「あなたにはバックグラウンドが必要です機械工学「、エレクトロニクス、いくつかの菌学、いくつかの神経生物学、ある種の信号処理」とミシュラ氏は言い、「これらすべての分野が集まって、この種のシステムを構築している」と語った。

ミシュラは、さまざまな学際的な研究者と協力しました。彼は神経生物学と行動の上級研究員であるブルース・ジョンソンに相談し、記録する方法を学びました。電気信号菌糸体膜のニューロン様イオンチャネルで運ばれます。農業生命科学部統合植物科学部の植物病理学および植物微生物生物学の准教授であるキャシー・ホッジ氏は、ミシュラさんにきれいな菌糸体培養の育て方を教えました。真菌に電極がくっついてしまう。

ミシュラが開発したシステムは、振動と電磁干渉を遮断し、菌糸体の電気生理学的活動をリアルタイムで正確に記録および処理する電気インターフェースと、一種の神経回路である中央パターンジェネレーターからインスピレーションを得たコントローラーで構成されています。基本的に、システムは生の電気信号を読み取り、処理して菌糸体のリズミカルなスパイクを識別し、その情報をデジタル制御信号に変換してロボットのアクチュエーターに送信します。

クモのような形をしたソフト ロボットと車輪付きロボットの 2 つのバイオハイブリッド ロボットが構築されました。

ロボットは 3 つの実験を完了しました。最初の実験では、菌糸体の信号における自然な連続スパイクへの応答として、ロボットがそれぞれ歩き、転がりました。次に、研究者らはロボットに紫外線を与えて刺激し、ロボットの歩き方を変化させ、環境に反応する菌糸体の能力を実証した。3 番目のシナリオでは、研究者らは菌糸体の本来のシグナルを完全に無効にすることができました。

その影響はロボット工学や菌類の分野をはるかに超えています。

「この種のプロジェクトは、ロボットを制御するだけではありません」とミシュラ氏は言う。「それはまた、生命システムとの真のつながりを生み出すことでもあるのです。一度信号を聞くと、何が起こっているのかも理解できるからです。おそらく、その信号はある種のストレスから来ているのでしょう。つまり、身体的な反応が見られるのです。信号は視覚化できませんが、ロボット視覚化を行っています。」共著者には、イタリアのフィレンツェ大学のジョンソン、ホッジ、ジェソク・キム、学部研究助手のハンナ・バグダディが含まれます。

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