Al aprovechar las señales eléctricas innatas del micelio, la estructura vegetativa de los hongos, investigadores de la Universidad de Cornell descubrieron una nueva forma de controlar robots «biohíbridos» que pueden reaccionar mejor a su entorno que sus contrapartes puramente sintéticas.
Crédito: Universidad de Cornell.
El artículo del equipo, titulado Control sensoriomotor de robots mediado por mediciones electrofisiológicas del micelio fúngico, fue publicado el 28 de agosto 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 estudio.
«Este artículo es el primero de muchos que utilizarán el reino fúngico para proporcionar señales de detección y comando ambiental a los robots, mejorando así sus niveles de autonomía», dijo Shepherd. «Al cultivar micelio en los componentes electrónicos de un robot, logramos que la máquina biohíbrida pudiera detectar y responder al entorno. En este caso, utilizamos la luz como entrada, pero en el futuro será química. El potencial de los futuros robots podría ser detectar la química del suelo en cultivos y decidir cuándo añadir más fertilizante, por ejemplo, mitigando así efectos negativos de la agricultura».
Al diseñar los robots del mañana, los ingenieros han tomado muchas señales del reino animal, creando máquinas que imitan la forma en que los seres vivos 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 saludables y funcionales. Después de todo, no siempre es fácil mantener a un robot «vivo».
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— Mystery Planet (@MysteryPlanet) August 29, 2024
El micelio es la parte vegetativa subterránea de los hongos y, en cambio, tiene varias ventajas. Puede crecer en condiciones adversas y tiene la capacidad de detectar señales químicas y biológicas y responder a múltiples estímulos.
«Si piensas en un sistema sintético, como cualquier sensor pasivo, lo utilizamos solo para un propósito. Pero los sistemas vivos responden al tacto, a la luz, al calor e incluso a señales desconocidas», dijo Mishra. «Por eso pensamos, si queremos construir robots del futuro, ¿cómo pueden funcionar en un entorno inesperado? Podemos aprovechar estos sistemas vivos, y ante cualquier estímulo desconocido, el robot responderá».
Sin embargo, integrar hongos y robots requiere más que solo conocimientos técnicos y una mano verde.
«Necesitas conocimientos en ingeniería mecánica, electrónica, algo de micología, neurobiología y procesamiento de señales», explicó el autor principal del estudio. «Todos estos campos se unen para construir este tipo de sistema».
Micelio fúngico visto en una calicata (técnica de prospección para facilitar el reconocimiento geotécnico).
Mishra colaboró con diversos investigadores interdisciplinarios. Consultó con Bruce Johnson, investigador asociado senior en neurobiología y comportamiento, y aprendió a registrar las señales eléctricas que se transmiten en los canales iónicos similares a neuronas en la membrana del micelio. Kathie Hodge, profesora asociada de fitopatología y biología de plantas-microbios en la Escuela de Ciencias Integrativas de Plantas en el Colegio de Agricultura y Ciencias de la Vida, enseñó a Mishra cómo cultivar cultivos limpios de micelio, ya que la contaminación es un gran desafío cuando se insertan electrodos en hongos.
El sistema desarrollado a partir de esto consiste en una interfaz eléctrica que bloquea vibraciones e interferencias electromagnéticas, y que registra y procesa con precisión la actividad electrofisiológica del micelio en tiempo real; además de un controlador inspirado en generadores de patrones centrales —un tipo de circuito neuronal—. Esencialmente, el sistema lee la señal eléctrica bruta, la procesa e identifica los picos rítmicos del micelio, luego convierte esa información en una señal de control digital, que se envía a los actuadores del robot.
Los experimentos con biohíbridos
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, caminaron y rodaron, respectivamente, en respuesta a los picos continuos naturales en la señal del micelio. Luego, los investigadores estimularon a los robots con luz ultravioleta, lo que provocó que cambiaran sus formas de andar, demostrando la capacidad del micelio para reaccionar a su entorno. En el tercer escenario, los autores lograron anular por completo la señal nativa del micelio.
Las implicaciones van mucho más allá de los campos de la robótica y los hongos.
«Este tipo de proyecto no se trata solo de controlar un robot. También se trata de 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 proviene 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», concluyó Mishra.
Fuente: Cornell. Edición: MP.
Crean robots biohíbridos controlados por impulsos eléctricos en hongos