2024-10-02
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
kuvan lähde: unsplash
hän juoksi niin nopeasti.
teknologian kehittymisen myötä monet robotit ovat pystyneet tekemään erittäin tasaisia liikkeitä ja voivat auttaa ihmisiä suorittamaan kotitöitä ja joitain erikoistehtäviä. huolimatta siitä, kuinka hyvin suunniteltu robotti on, se ei kuitenkaan voi kilpailla elämän kanssa. koska robotit on koottu sarjasta antureita, toimilaitteita ja hermoverkkoja, jotka antavat ohjeita,niiden anturit voivat usein havaita vain yhden signaalin, kuten paine, valo, lämpö jne.
vertailun vuoksiorganismit eivät vain pysty reagoimaan eri signaaleihin samanaikaisesti, vaan niiden reseptoritiheydet ovat myös erittäin korkeat. esimerkiksi vain sormessa on yli 3 000 mekanoreseptoria. nämä reseptorit ovat yhteydessä tuhansiin hermoihin ja hermosoluihin, jotka ovat yhteydessä toisiinsa, jolloin sormen tuntemat signaalit välittyvät nopeasti aivot. jos näin monimutkaisia komponentteja halutaan koota valmiiksi robotiksi alhaalta ylöspäin, vaadittu prosessi on ylittänyt huomattavasti nykyisen inhimillisen teknologian tason.
onko mahdollista yhdistää elämänmuodot ja robotit yhdeksi? jotkut tiedemiehet ovat ehdottaneetbiohybridi robottibiohybridirobotin idea: saada solut muodostamaan hyödyllisiä muotoja tarpeen mukaan tai käyttää tiettyjä solujen luonnollisesti muodostamia kudoksia robottien ohjaamiseen.
science robotics -lehdessä äskettäin julkaistussa artikkelissa (tiederobotiikka), yhdysvaltalaisen cornellin yliopiston tutkijat ovat ottaneet toisen tärkeän askeleen biohybridirobottien alalla: hekäytä kuningasosterisientä (pleurotus eryngii) myseeli on onnistuneesti ohjannut monien erilaisten robottien liikettä。
yksi roboteista, jota ohjataan pleurotus eryngii myceliumilla (kuvan lähde: alkuperäinen paperi)
"pleurotus eryngii robotti"
kun ajattelemme biohybridirobotteja, king oyster mushroom ei ehkä tule mieleen. koska nämä sienet jättävät ihmisiin ensivaikutelman, sen lisäksi, että ne ovat herkullisia, se voi olla vain sana "tyhmä". kuitenkin biohybridirobotiikan alalla sienillä on itse asiassa monia vertaansa vailla olevia etuja eläinsoluihin verrattuna.
ensimmäinen,sienten ei tarvitse kasvaa steriilissä ympäristössä ja ne ovat "helppo kasvaa", tarvitsee vain tarjota perusravinteita lisääntyäkseen suuria määriä. vertailun vuoksi "herkät" eläinsolut eivät ainoastaan vaadi tutkijoita vaihtamaan tuoretta viljelyalustaa joka päivä, vaan myös lisäämään antibiootteja viljelyalustaan kasvaakseen normaalisti. lisäksi sienet ovat laajalle levinneitä myös luonnossa.selviydy runsaasti suolaa, happoa sisältävissä, polaarisissa ja jopa säteilyympäristöissä, joka luo perustan niiden laajalle valikoimalle sovellusskenaarioita.
lopuksi sienet voivat olla myös hyvinreagoi herkästi erilaisiin ympäristötekijöihin. esimerkiksi valo säätelee sienten vuorokausirytmiä. syvällä maaperässä rihmasto muodostaa valtavan verkoston, joka reagoi ympäristön muutoksiin. aivan kuten hermosolumme synnyttävät toimintapotentiaalia vastaanotettuaan signaalit, myös myseelisolut voivatsamanlaisia sähköisiä signaaleja syntyy kuljettamalla ioneja kalvojen läpi, tulee jopa samanlaisia depolarisaatio- ja repolarisaatioprosesseja.
tämän seurauksena cornellin yliopiston professori robert f. shepherd kiinnitti cornellin yliopiston professori robert f. shepherdin huomion king oyster mushroomin, söpön sienen, joka kasvaa nopeasti ja on myrkytön. jos voisimme tallentaa pleurotus eryngiin sähköiset signaalit vasteena ympäristötekijöille ja sitten käyttää näitä signaaleja ohjeina robotille vastaavien toimien suorittamiseen, eikö se vastaisi pleurotus eryngiin käyttämistä robotin ohjaamiseen? jos pyörität,tämä on yksinkertaisesti pleurotus eryngii, joka ajaa gundam-robottia.！
kuningas osterisieni (kuvan lähde: diego delso, wikimedia commonsin kautta)
sieniohjatun robotin toteuttaminen ei kuitenkaan ole yksinkertaista. tämä on systemaattinen suunnittelu, joka yhdistää useita aloja, kuten koneenrakennus, elektroniikka, mykologia, neurobiologia ja signaalinkäsittely. ensimmäinen ongelma, joka tutkimusryhmän on ratkaistava, on kuinka suojata tärinää ja sähkömagneettisia häiriöitä robotin toiminnan aikana, jotta rihmaston synnyttämät biosähköiset signaalit voidaan tallentaa vakaasti ja pitkällä aikavälillä. he käyttivät pleurotus eryngii -rihmaston viljelyä,anna myseelin kasvaa ja kietoudu elektrodien ympärille, muodostaen vakaan yhteyden elektrodien kanssa ja käyttämällä sitten tätä myseelimoduulia, joka voi tallentaa sähköisiä signaaleja reaaliajassa osana robotin kiinnikettä.
tutkimusryhmän on myös annettava tallennettujen biosähköisten signaalien ohjata robotin liikkeitä. siksi ne ovat peräisin eläinten hermostostakeskuskuviogeneraattori(cpg), suunniteltiin erityinen ohjausarkkitehtuuri. cpg on neuronaalinen piiri, joka voi tuottaa endogeenisesti rytmistä ulostuloa ja muodostaa rytmisiä liikekuvioita tarvitsematta rytmistä sensorista syöttöä tai keskuspalautteen syöttöä (kuten monet nahkiaisten uintitavat). tutkijat suunnittelivat algoritmin, joka muuntaa rihmaston sähköiset signaalit cpg:n kaltaisiksi digitaalisiksi ohjaussignaaleiksi, jotka lähetetään robotin toimilaitteille - venttiileille tai moottoreille - ohjaamaan robotin liikettä.
myseeli kääri elektrodin (kuvan lähde: alkuperäinen paperi)
tämän työn perusteella tutkijat suunnittelivat kaksi biohybridirobottia, joita pleurotus eryngii mycelium voi "manipuloida". samannäköinenmeritähtisama, kävely viidellä jalalla, toinen on autoauto, liikkuu eteenpäin neljän pyörän kautta. tutkijat käyttivät myseelimoduulia robotin "päänä" "pleurotus eryngii-aivojen" signaalit voivat ohjata robotin rungon venttiilejä ja moottoreita, mikä ajaa "tähtiä" ja autoa eteenpäin.
vaikka "pleurotus eryngii brain" -aivojen luonnollisessa tilassa tuottamat sähköiset signaalit voivat mahdollistaa robotin liikkumisen eteenpäin, tutkimusryhmä toivoo silti, että nämä biohybridirobotit voivat reagoida ulkoiseen ympäristöön ja liikkua tietyissä olosuhteissa. joten he valitsevatvalon käyttäminen signaalina pleurotus eryngii -rihmaston aktivoimiseksi edelleen. "sienet eivät pidä valosta, ne kasvavat pimeissä paikoissa, joten valo antaa niille vahvan signaalin", shepherd sanoi.
tutkijat havaitsivat, että neljästä valotyypistä ultraviolettivalo, sininen, punainen ja valkoinen valo,pleurotus eryngii myseeli on herkin uv-säteille. joten he säteilyttivät myseeliä ultraviolettivalolla, mikä ajoi robottia eteenpäin. lehdessä julkaistun videon mukaan rihmastomoduulia tarvitsee vain säteilyttää hetken ultraviolettivalolla, ja sen tuottama voimakas sähköinen signaali antaa ohjeita saada "meritähti" ja robotti juoksemaan eteenpäin nopeammin.
ultraviolettisäteilytyksen jälkeen pleurotus eryngii -rihmaston ohjaama "starfish"-robotti juoksi nopeasti eteenpäin (videon lähde: alkuperäinen paperi)
lisää sovelluksia
tässä tutkimuksessa sheppardin tiimi testasi vain kuningasosterisienirihmaston kykyä aistia valoa ja reagoida siihen. mutta tutkijat sanovat, että sienet ovat erittäin herkkiä ympäristölleentällaisia robotteja voidaan käyttää tulevaisuudessa myös kemikaalien, taudinaiheuttajien ja jopa säteilyn tunnistamiseen ympäristöstä. niitä voidaan esimerkiksi käyttää maatilamaan kemiallisen koostumuksen tunnistamiseen, jolloin robotit levittävät lannoitteita vain oikeaan aikaan vähentääkseen lannoitteiden ympäristövaikutuksia.
sheppard sanoi kuitenkin myös,on vaikeampaa saada "sienirobotit" reagoimaan kemikaaleihin kuin reagoimaan valoon. koska heidän on määritettävä korrelaatio tietyn yhdisteen pitoisuuden ja sienen sähköisen aktiivisuuden välillä, tämä saattaa vaatia heidän ensin rakentamaan suuren tietokannan, jossa on suuri määrä asiaankuuluvia tietueita ja huomautuksia, ja kouluttamaan sitten tekoälyä tämän saavuttamiseksi. .
herkkyyden lisäksi raskasmetalleja sisältäviin elektronisiin laitteisiin verrattunabiohybridirobotit ovat myös ympäristöystävällisempiä. lisäksi syrjäisillä alueilla työskentelevät tutkijat voivat jopa rakentaa robotteja paikallisista materiaaleista tai tuoda paikalliselle alueelle pienen määrän rihmastoa ja viljellä sitä suuria määriä. tämä tuo heille suurta mukavuutta.
mutta "pleurotus eryngii -robotilla" on myös joitain puutteita. tutkijat havaitsivat, että myseelin lähettämät signaalit muuttuivat ajan myötä. he havaitsivatsähköiset signaalit heikkenevät ja heikkenevät, ja resoluutiorajoitukset vaikeuttavat näiden heikkojen signaalien sieppaamista korkeilla näytteenottotaajuuksilla. lisäksi pleurotus eryngiin rihmasto ei ole kuolematon;on myös elämän raja. jos he haluavat pidentää tällaisten robottien käyttöikää, heidän on ehkä kehitettävä uusi järjestelmä signaalin vahvistamiseksi ja ruiskutettava itiöitä ja ravinteita uudelleen myseelimoduuliin, jotta se voi kasvaa uudelleen.
ultraviolettisäteilyn jälkeen pleurotus eryngii -rihmaston ohjaama autorobotti juoksi nopeasti eteenpäin (videon lähde: alkuperäinen paperi)
itse asiassa tiedemiehet olivat jo tehneet monia yrityksiä biohybridirobottien kanssa ennen tätä työtä. tiedemiehet ovat esimerkiksi käyttäneet lihaskudosta biohybridiroboteissa, mikä laukaisee lihaskudoksen supistumisen sähköisten tai kemiallisten signaalien kautta, jolloin robotti voi suorittaa toimintoja, kuten uintia ja kävelyä. jotkut biohybridirobotit voivat jopa säädellä sisälämpötilaansa hikoilun avulla.
tavallisten ihmisten silmissä nämä tutkijat vain muuttivat robottien hallintamenetelmää, mutta heille tämä ei todellakaan pidä paikkaansa.ne yhdistävät ympäristösignaaleja, robotteja ja eläviä järjestelmiä, joka muuttaa monia näkymättömiä ja aineettomia signaaleja fyysisiksi toimiksi, joita robotissa todella tapahtuu.
ehkä lähitulevaisuudessa näet myös pleurotus eryngiin "ajaman" robotin kävelevän hitaasti sinua kohti.
lähde: global science
kerää ja järjestele viimeisimmät uutiset ja tee ne kaikkien tarkastettavaksi ilmaiseksi.
