Привет, вы на канале Science mug, а это значит, что кое-кому любопытна тема науки, и мы рады приветствовать каждого в нашей первой статье!
Наша команда "немножко" одержима современной наукой, популярными исследованиями и никому не ясными гипотезами. Мы честно стараемся писать просто, но иногда уходим глубже и надеемся, что читатель последует за нами, не страшась терминологии и речевых оборотов.
В этой статье мы сосредоточимся на физиологических и молекулярных процессах растений, которые могут быть использованы в биогибридах
Мы показываем фототропизм и биомеханику как многообещающие способы эффективного общения, приводящего к изменению архитектуры растений, и обсуждаем особенности анатомии, физиологии и развития растений в отношении биогибридов.
Кроме того, мы обсуждаем, как роботы могут влиять на рост и развитие растений, а также представляем цели, идеи и реализованные проекты биогибридов растений и роботов.
Биогибрид состоит из живого организма или клетки и, по крайней мере, одного сконструированного компонента
Проектирование биогибридных роботов-растений представляет собой большую проблему: оно требует междисциплинарного пересмотра возможностей, тесно связанных с биологией растений.
Предполагаемые достижения должны улучшить сельскохозяйственную, садоводческую, социальную практику и могут открыть новые направления в использовании растений людьми.
Правильное биогибридное сотрудничество зависит от эффективной коммуникации
В ходе эволюции у растений появилось много способов общения друг с другом, с животными и с микроорганизмами. Наиболее заметными примерами являются: использование фитогормонов, быстрая передача сигналов на большие расстояния, гравитация и восприятие света.
Эти процессы теперь можно преднамеренно изменить, чтобы установить связь между заводом и роботом.
Растения - это сидячие, автотрофные, эукариотические организмы, которые являются важнейшими компонентами почти каждой экосистемы и предоставляют множество ресурсов человеку. Начиная с эпохи неолита, люди боролись за улучшение растений, чтобы адаптировать их для лучшего удовлетворения своих потребностей.
В последнее время технологии земледелия и методы разведения, которые включают молекулярную биологию и геномику, получили широкое развитие.
Роботы и современные биосенсоры уже используются в сельском хозяйстве. Разработка биогибридов, состоящих из биологических и роботизированных частей, может стать плавным продолжением и следующим шагом.
Существует также растущее понимание биологической жизни, которое подталкивает к использованию преимуществ объединения живых организмов и роботов в одном «существе».
Реально ли повысить выживаемость культур, урожайность и даже расширить «функциональность» растений путем создание биогибридов?
Мотивация, вызванная растущим спросом на продукты питания, распространением большого мегаполиса и проблемами окружающей среды, положила начало борьбе за создание биогибридов робот-растение, которые выиграют от синергии между биологическими и искусственными частями.
Для сельскохозяйственных культур биогибриды помогут в управлении биотическим и абиотическим стрессом: робототехнические компоненты могут обеспечить растениям дополнительные возможности восприятия, коммуникации или повышения выживаемости.
Более того, биогибриды растений-роботов могут стать ценными элементами нашего городского пространства, даже как возможность существования "живых зданий". Взгляд науки о растениях на границы развития биогибридов в биоинженерии и биотехнологии вдохновляет на использование непрерывного строительного материала.
Роботизированные протезы являются примерами биогибридов, где "петли обратной связи" между человек - робот занимают секунды. После этого человеческие двигательные или чувственные способности восстанавливаются, обратная связь становится видимой, и можно вносить исправления.
Стоит подчеркнуть, что многие другие исследованные системы биогибридов используют нанотехнологии и мягкую робототехнику в качестве инструментов,
которые позволяют им эффективно взаимодействовать с живой клеткой или организмом.
В биогибридах роботов и растений наиболее интригующим является отсутствие нервной системы и двигательных навыков, хотя известно лишь несколько быстрых реакций моторных растений, напоминающих движения животных.
Движения мимозы (Mimosa pudica), мухоловки Венеры (Dionaea muscipula), усиков гороха (Pisum sativum) являются хорошими примерами этого и были замечены инженерно благодаря их интересному механизму наматывания. Однако, несмотря на то, что они управляются различными механизмами, отличными от животных, поведение, принятие решений и даже обучение являются явлениями, которые существуют в растениях.
Сообщалось, что познание ограничено не только организмами, имеющими мозг, и что некоторые из сложных молекулярных взаимодействий, по-видимому, дают достаточную основу для ненейронных когнитивных процессов.
Побег из освещенной области является примером поведения, сходного даже на уровне молекулярного механизма у Caenorhabditis elegans, животного с его примитивной нервной системой и у корней Arabidopsis thaliana, у которых отсутствует нервная система.
Более общий обзор исследований, где биороботики и ассоциации растений широко обсуждались, привели к формулированию концепции биомехатронных систем и вдохновили работу на робота-плантоида.
Было предложено использовать роботов с биоинспирированными структурами или функциональными возможностями для проверки биологических гипотез более надежным способом, чем при использовании экспериментов in silico.
Биоинспирированные(био-вдохновлённые) роботы с различными корневыми функциями находились в стадии разработки, но до настоящего времени было представлено несколько версий.
Неслучайное поведение корня Arabidopsis thaliana привело к разработке предварительной вычислительной системы завода, основанной на корневых логических элементах, которые являются новой разработкой в области естественных вычислительных исследований.
Рой был предложен в качестве экспериментальной модели для скоординированного роста корней, и подобные модели могли влиять на функционирование будущих контроллеров биогибридов.
В будущих статьях мы сосредоточимся на возможностях общения между роботами и растениями, которые возникают в результате биологических процессов, существующих в растениях.
Мы указываем процессы на уровне межорганного общения (между растениями и другими растениями, животными).
Исследование строительства жилых зданий: задача для нового применения биогибридной робототехники
Мы также обсудим различные модели, представляющие развитие растений, реакции на окружающую среду и структуры, которые могут стать полезными для разработки контроллеров для биогибридов.
Кроме того, мы представим некоторые из уже доступных устройств, в основном сельскохозяйственные датчики, которые будут полезны для разработки биогибридов робот-растение.
На сегодня это всё, ждём вас в гости на новые статьи. Чтобы не пропустить новые публикации, нажмите на кнопку подписаться.
Не забудьте о чашечке горячего кофе, наука с ним вкуснее!