真菌在”生物混合動力”機器人中學習駕駛
據說自動駕駛汽車比人類駕駛員更安全,但你會信任駕駛方向盤的蘑菇嗎?一種新型”生物混合”機器人會根據真菌神經系統發出的信號移動。人類數十年的工程技術無法與數十億年的進化相比,因此與其重新發明輪子,不如將自然界的東西融入合成系統中。
因此,我們才有了擁有超靈敏蝗蟲耳朵的機器人、利用跳動的人類心臟細胞游泳的機器魚,以及利用海蛞蝓肌肉爬行的機器人。最終,這種方法可以製造出反應更靈敏的機器人。
現在,康乃爾大學的科學家們開發了一種新型生物混合機器人,它使用了動物王國以外的元件:真菌。這些生物透過根系菌絲體發出電訊號來感知和溝通。因此,研究團隊將菌絲直接種植到機器人的電子設備中,利用這些自然訊號來驅動機器。
研究人員創建了一個電氣接口,能夠準確記錄菌絲體的電生理活動,對其進行處理,並將其轉換成機器人能夠理解的數位訊號。當訊號傳送到致動器時,機器人就會隨著真菌的運動而移動,而真菌本身也會根據環境變化(如光線)發出訊號。
研究小組製造了兩個版本的生物混合機器人。一個是外觀相對簡單的輪式裝置,另一個則是長著軟腿的蜘蛛形狀。在這兩種情況下,上面都放置了一個裝有真菌的培養皿,真菌可以對光和其他刺激做出反應,然後向腿或輪子發送信號,讓它們移動。
兩種機器人隨後都進行了三項實驗。首先,機器人會根據菌絲體發出的自然連續尖峰訊號移動。在第二個實驗中,科學家用紫外線照射真菌,使它們改變了移動方式。最後,研究小組證明,如果需要手動控制機器人,可以完全覆蓋真菌訊號。
雖然光是迄今為止測試過的唯一直接刺激,但團隊表示,未來的版本可以加入多種輸入,例如化學訊號。他們的想法是,生物系統天生擅長對光、熱和壓力等多種輸入做出反應,而合成系統則需要針對每種輸入安裝單獨的專用感測器。
研究的資深作者羅布-謝潑德(Rob Shepherd)說:「這篇論文是利用真菌王國為機器人提供環境感知和指令信號以提高其自主水平的第一篇論文。未來機器人的潛力可能是感知行列作物的土壤化學成分,並決定何時添加更多肥料,例如,也許可以減輕農業的下游影響,如有害藻類大量繁殖。
這項研究發表在《科學機器人學》(Science Robotics)雜誌。在下面的影片中可以看到蜘蛛機器人的動作。