Bij het bouwen van een paar nieuwe robots gebruikten onderzoekers een verrassend onderdeel dat ze niet in het lab, maar op de bosgrond vonden: mycelium.
Bij het ontwerpen van toekomstige robots laten onderzoekers zich vaak inspireren door het dierenrijk. Zo zijn er al robots die dierenbewegingen nabootsen of kunnen zweten. Sommige robots bevatten zelfs levend materiaal zoals spiercellen. Maar in een nieuwe studie zijn onderzoekers nog een stap verder gegaan: ze hebben een robot ontwikkeld waarin ze mycelium hebben geïntegreerd. “Door mycelium in de elektronica van de robot te verwerken, konden we deze biohybride machine in staat stellen om zijn omgeving te voelen en erop te reageren,” aldus onderzoeker Rob Shepherd.
Mycelium
Mycelia vormen het ondergrondse deel van paddenstoelen. Het is eigenlijk een heel netwerk van schimmeldraden, dat het vegetatieve deel van een paddenstoel vormt. Het fungeert als een soort wortelstelsel dat voedingsstoffen en water opneemt uit de omgeving. Daarnaast hebben ze het vermogen om zowel chemische als biologische signalen op te vangen en te reageren op verschillende prikkels. In feite kun je mycelia enigszins beschouwen als het ‘brein’ van paddenstoelen in de zin dat ze de centrale structuur vormen waarmee paddenstoelen hun omgeving verkennen en middelen verkrijgen.
Brein
In een nieuwe studie kwamen onderzoekers op het idee om dit ‘brein’ in een robot te integreren. “Bij synthetische systemen, zoals een passieve sensor, is het gebruik meestal beperkt tot één specifiek doel,” legt onderzoeker Anand Mishra uit. “Maar levende systemen kunnen reageren op aanraking, licht, warmte en zelfs onbekende signalen. Daarom vroegen we ons af hoe we toekomstige robots kunnen ontwerpen zodat ze goed functioneren in onverwachte omstandigheden. Door gebruik te maken van deze levende systemen kunnen robots ook reageren op onbekende prikkels die ze tegenkomen.”
Biohybride robots
De onderzoekers ontwierpen twee verschillende ‘biohybride robots’ die aangestuurd werden door mycelia: een zachte robot in de vorm van een spin en een robot op wielen. Deze robots werden uitgerust met een elektrische interface die trillingen en elektromagnetische storing uitsluit en de elektrische activiteit van het mycelium in realtime registreert en analyseert. Daarnaast bevat het een controller die is geïnspireerd door ‘centrale patroon-generatoren’, wat een soort neuraal circuit is. Het systeem leest de elektrische signalen van het mycelium, verwerkt deze en herkent de ritmische pieken. Deze informatie wordt vervolgens omgezet in een digitaal besturingssignaal dat naar de actuatoren van de robot wordt gestuurd.
Drie experimenten
De robots ondergingen drie experimenten. Tijdens het eerste experiment reageerden ze door te lopen en te rollen op de constante elektrische pieken van het mycelium. Daarna werden de robots blootgesteld aan ultraviolet licht, wat hun bewegingen veranderde en aantoonde dat het mycelium in staat is om te reageren op de omgeving. In het derde experiment slaagden de onderzoekers erin de normale elektrische signalen die het mycelium genereert te negeren of te vervangen door een ander signaal. Hierdoor konden ze de controle over de robot volledig overnemen en de reactie van het mycelium manipuleren.
Bekijk in deze video hoe de zachte robot in de vorm van een spin erop los ‘danst’.
Stap
Deze studie markeert een interessante stap voorwaarts in de robotica. Door biologische componenten zoals mycelia te integreren, die elektrische signalen kunnen uitzenden en reageren op de omgeving, kunnen er namelijk robots worden ontwikkeld die beter presteren in onvoorspelbare en complexe situaties dan volledig synthetische machines. “Dit artikel is het eerste in een reeks die laat zien hoe we schimmels kunnen gebruiken om robots beter te laten voelen en reageren op hun omgeving, wat hun autonomie vergroot,” stelt Shepherd.
Toepassingen
Waar we dit soort robots precies voor nodig hebben? “Een mogelijke toepassing is dat robots de bodemchemie in akkerlanden kunnen meten en bepalen wanneer extra meststoffen nodig zijn,” oppert Shepherd. “Bijvoorbeeld om problemen zoals schadelijke algenbloei in de landbouw te voorkomen.”
Maar de implicaties reiken veel verder dan de velden van robotica en schimmels. “Dit project gaat niet alleen om het besturen van een robot,” onderstreept Mishra. “Het draait ook om het tot stand brengen van een echte verbinding met het levende systeem. Door de signalen te ontvangen, krijg je inzicht in wat er speelt. Deze signalen kunnen bijvoorbeeld afkomstig zijn van stress. Hoewel we die signalen zelf niet kunnen zien, maakt de robot er een visualisatie van, waardoor we de fysieke reacties kunnen begrijpen.”
