Сперва главное:
🔭 Инженеры разрабатывают биогибридные технологии, объединяющие искусственные части с живыми тканями. Они используют грибы и растения для создания более чувствительных роботов.
💡 Грибы могут расти быстрее, чем животные клетки, и выживать в суровых условиях. Это делает их идеальными для использования в роботах.
🌱 Исследователи изучают, как использовать растения для сбора энергии из статического электричества, создаваемого ветром.
🌿 Работа с живыми материалами требует дополнительных усилий при проектировании, но они могут обеспечить долговечность и адаптацию к окружающей среде.
Теперь подробнее:
В научной фантастике растения легко сливаются с технологиями. Теперь это становится реальностью благодаря усилиям учёных. Машины, работающие на энергии живых организмов, становятся реальностью. Это новое поколение устройств представляет собой примеры биогибридной технологии — термин, обозначающий любое устройство, которое объединяет искусственные части с живыми тканями.
Инженеры стремились создать роботов, которые работали бы как живые существа. Однако воссоздание сложных функций, таких как рука или лист, невозможно с помощью синтетических материалов, говорит Ананд Мишра, инженер Корнельского университета в Итаке, штат Нью-Йорк: «Есть момент, когда технологии нас ограничивают».
Использование живых организмов для создания машин может преодолеть некоторые ограничения человеческих технологий. Исследователи, такие как Мишра, изучают, как грибы и растения могут наделить машины способностями, которых они не могли достичь только с помощью электроники.
Живая ткань эволюционировала, чтобы исследовать окружающую среду. Подумайте о своём собственном теле. Вы можете видеть свет, чувствовать тепло, обонять и пробовать молекулы пищи. Мишра стремится использовать живую ткань для создания роботов, которые будут так же чувствительны к окружающей среде. Но вместо животной ткани он использует грибы.
Грибы, как правило, растут быстрее, чем клетки животных. Некоторые из них также хорошо выживают в суровых условиях, таких как холод, радиация и солёная среда. Клетки животных, как правило, гораздо более чувствительны. «Чтобы культивировать клетки животных, вы, вероятно, должны быть биологом», — говорит Мишра. Грибы легко выращивать дома.
Грибы — это не растения. Они более тесно связаны с животными. Но Мишра использовал одну из наиболее характерных для грибов особенностей — мицелий, чтобы помочь своим ботам воспринимать окружающую среду. Грибы используют эти корнеподобные структуры, чтобы проникать в почву в поисках питательных веществ. Мицелий также улавливает сигналы окружающей среды, такие как свет, тепло и химические вещества.
Команда Мишры вырастила мицелий непосредственно в электродах, прикреплённых к двум роботам. Грибы общались с роботами посредством электрических сигналов, называемых потенциалами действия. Эти импульсы похожи на те, что генерируются сердечными и нервными клетками.
Мицелий спонтанно генерирует потенциалы действия. Эти случайные всплески электричества заставляли биоботов ходить и кататься. Но при воздействии ультрафиолетового света мицелий генерировал более сильные электрические импульсы. Это изменило походку роботов, показывая, что они могут реагировать на окружающую среду.
Использование грибов в биогибридных роботах всё ещё является «довольно новым», говорит Мишра. Его команда теперь надеется проверить, как такие технологии реагируют на другие сигналы, такие как газы и химические вещества. Однажды сенсорные сверхспособности их роботов могут пригодиться в сельском хозяйстве. Будущие роботы-грибы смогут ходить по полям, проверяя состояние почвы и другие условия.
Хотя грибы могут помочь роботам лучше взаимодействовать с миром, силы растений могут помочь устройствам лучше выжить в нём.
«Многие искусственные технологии имеют срок годности», — говорит Фабиан Медер, материаловед из Школы перспективных исследований Сант'Анна в Пизе, Италия. Электроника начинает выходить из строя через несколько лет. А вот самые старые живые деревья могут стоять тысячи лет. Когда речь заходит о долговечности, растения явно выигрывают, говорит Медер. И хотя сломанную электронику нужно ремонтировать, растения могут восстанавливаться после повреждений.
В своих исследованиях Медер воочию убедился в разнице прочности между растениями и электронными компонентами. Медер разработал искусственные листья, использующие необычный источник энергии: статическое электричество. Этот тип электрического заряда возникает, когда два объекта соприкасаются, а затем разделяются.
Чтобы собирать статическое электричество, создаваемое ветром, Медер размещает искусственные листья на растениях. Искусственные листья включают слой резины — материала, способного накапливать статический заряд. Когда ветер колышет одно из этих бионических растений, искусственные листья сталкиваются с настоящими листьями. Это создаёт статические заряды, которые проходят во внутренние ткани настоящего листа растения, создавая ток. Эту энергию можно получить через электроды, расположенные в листе растения. Исследования Медера показали, что такие устройства могут зажигать светодиоды.
Технология сбора энергии Медера основана как на пластмассах, так и на растениях. «Вы можете подумать, что растение — хрупкая часть, но на самом деле это не так», — говорит Медер. «Это искусственная часть, которая обычно выходит из строя». Наибольшие проблемы создают неполадки, такие как обрыв кабеля. И как только какая-то деталь сломается, её нужно починить. Растения же могут приспосабливаться к различным условиям и самовосстанавливаться.
Работа с живыми материалами действительно создаёт дополнительные проблемы при проектировании. Во-первых, необходимо поддерживать эти живые части в живом состоянии, говорит Медер. Как и грибам, растениям нужны определённые ресурсы, чтобы оставаться здоровыми. «Фотосинтез играет большую роль». Чтобы удовлетворить эту потребность, инженеры могут использовать прозрачные материалы для изготовления деталей, которые в противном случае блокировали бы солнечный свет. Или они могут использовать более лёгкие материалы, которые не утяжеляют листья.
Некоторые растения лучше подходят для системы Медера, чем другие. Вечнозелёные деревья, сохраняющие свои листья круглый год, более идеальны, чем лиственные растения, теряющие листья зимой. Но Медер воодушевлён этим новым способом использования потенциального источника энергии. «Речь всегда идёт о сборе этих крох энергии, которые мы иначе просто потеряли бы».