Construir un robot requiere tiempo, habilidad técnica, los materiales adecuados y, a veces, un poco de hongos. Para crear un par de robots nuevos, los investigadores de Cornell han cultivado un componente improbable, que no se encuentra en el laboratorio, sino en el suelo del bosque: micelios fúngicos. 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.
El artículo del equipo, “Control sensoriomotor de robots mediado por mediciones electrofisiológicas de micelios fúngicos”, se publicó 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 el reino fúngico para proporcionar detección ambiental y señales de comando a los robots para mejorar sus niveles de autonomía”, dijo Shepherd. “Al incorporar micelio a los componentes electrónicos de un robot, pudimos permitir que la máquina biohíbrida percibiera 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”.
Al diseñar los robots del mañana, los ingenieros han tomado muchas de sus señales del reino animal, con máquinas que imitan la forma en que las criaturas vivientes se mueven, perciben su entorno e incluso regulan su temperatura interna a través de la transpiración. Algunos robots han incorporado material vivo, como células de tejido muscular, pero esos sistemas biológicos complejos son difíciles de mantener sanos y funcionales. Después de todo, no siempre es fácil mantener vivo a un robot.
Los micelios son la parte vegetativa subterránea de los hongos y tienen una serie de ventajas. Pueden crecer en condiciones duras. También tienen la capacidad de percibir señales químicas y biológicas y responder a múltiples entradas.
“Si pensamos en un sistema sintético (por ejemplo, cualquier sensor pasivo), lo utilizamos con un único fin. Pero los sistemas vivos responden al tacto, a la luz, al calor e incluso a algunas cosas desconocidas, como las señales”, dijo Mishra. “Por eso pensamos: “Bien, si queremos construir robots del futuro, ¿cómo pueden 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 habilidad para la jardinería.
“Hay que tener experiencia en 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 serie 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 adjunta 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 limpios de micelios, porque la contaminación resulta ser todo un desafío cuando se colocan electrodos en hongos.
El sistema que desarrolló Mishra consiste en una interfaz eléctrica que bloquea la vibración y la interferencia electromagnética y registra y procesa con precisión la actividad electrofisiológica de los micelios en tiempo real, y un controlador inspirado en 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 continuos en la señal de los micelios. A continuación, los investigadores estimularon a los robots con luz ultravioleta, lo que provocó que cambiaran su forma de andar, demostrando así la capacidad de los micelios para reaccionar a su entorno. En el tercer escenario, los investigadores lograron anular por completo la señal nativa de los micelios. Las implicaciones van mucho más allá de los campos de la robótica y los hongos.
“Este tipo de proyecto no se trata sólo de controlar un robot”, dijo Mishra. “Se trata también de crear una verdadera conexión con el sistema vivo. Porque una vez que escuchas la señal, también entiendes lo que está pasando. 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”.
Entre los coautores se encuentran Johnson, Hodge, Jaeseok Kim de la Universidad de Florencia, Italia, y la asistente de investigación de pregrado Hannah Baghdadi.
Fuente: Tech Xplore.
