杏鮑菇機器人“駕駛員”

從機器義肢到腦機接口，在人身上“嵌入”機器，讓機器為人類服務(wù)早已不是新鮮事。可是反過來呢？如果在機器人身上配備人類或其他生命體的組織或細胞，讓機器人受生命體控制，會是怎樣的場景？

在美國康奈爾大學(xué)的實驗室里，一臺長得像海星的機器人正收縮著五條觸手，在木地板上行走。這臺機器人既沒有安裝電池，也沒有連接插座，而是由一種我們常見的食材——杏鮑菇來控制的。2024年，來自美國康奈爾大學(xué)的研究人員使用杏鮑菇的菌絲體，成功控制了多種不同形態(tài)的機器人。一起看看科學(xué)家們怎么讓杏鮑菇“駕駛”機器人的吧！

如今，機器人已經(jīng)可以幫人類做很多事情，比如打掃衛(wèi)生、照顧病人、鋪設(shè)電纜……然而，這些機器人能完成的工作和人類相比仍存在局限。因為機器人的傳感器往往只能檢測單一類別的信號，比如壓力信號、光信號、熱信號等，而生命體能對多種信號作出響應(yīng)。

既然如此，能不能讓生命體和機器人融為一體呢？一些科學(xué)家提出了生物混合機器人的設(shè)想。生物混合機器人可以理解成一種將植物、動物或真菌的細胞與合成材料結(jié)合起來的機器人。比如：基于老鼠神經(jīng)元的微型生物混合機器人能夠行走、游泳；用水母細胞制作的游泳機器人可用于海洋勘探；使用大鼠肌肉細胞的機器人能夠行走和旋轉(zhuǎn)。但問題也隨之而來，在生物混合機器人中使用動物細胞既昂貴，又可能涉及倫理問題；如果換成植物細胞，其對信號刺激的反應(yīng)又比較遲緩。本次科學(xué)家嘗試用杏鮑菇菌絲體“駕駛”機器人，在生物混合機器人領(lǐng)域邁出了重要的一步。

杏鮑菇是一種既美味又容易栽培的真菌。菌絲體是真菌的營養(yǎng)器官，它們之間有龐大的“通訊網(wǎng)絡(luò)”。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化，相互連接的菌絲體會放出電脈沖，傳遞信息。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，杏鮑菇的菌絲體對紫外線非常敏感。菌絲體被照射到的紫外線越多，產(chǎn)生的電信號越強烈，能讓機器人移動得越快。于是，研究人員首先培養(yǎng)了杏鮑菇的菌絲體，讓菌絲體包裹住電極，與電極連接起來，再將這個包裹有電極的菌絲體模塊用作機器人支架的一部分。當(dāng)研究人員用紫外線照射菌絲體模塊時，菌絲體會對光照作出反應(yīng)，產(chǎn)生電脈沖，杏鮑菇“駕駛員”就會發(fā)出信號傳遞給計算機接口。接著，計算機將這些電脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)字指令，并傳送到機器人的閥門和電機等部位，從而使機器人移動。這些菌絲體就像是給機器人的一對能夠感知光線的“眼睛”。

研究人員設(shè)計了兩種由杏鮑菇控制的生物混合機器人：一種長得像海星，用五條觸手行走；另一種是一輛小車，通過四個輪子前進。

這些用杏鮑菇控制的生物混合機器人具有廣泛的應(yīng)用前景。比如：真菌對環(huán)境非常敏感，這些生物混合機器人可以用來檢測農(nóng)田中的化學(xué)污染物、毒素或病原體；真菌能在極端環(huán)境下生存，這些生物混合機器人也能在高鹽、高酸、極地甚至輻射環(huán)境下工作……而且生物混合機器人還具有環(huán)保優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的機器人相比，它們對環(huán)境的影響更小。

盡管這些生物混合機器人具有巨大的潛力，但隨著時間的推移，菌絲體發(fā)出的電信號可能會變得越來越微弱。科學(xué)家們正在努力解決這一問題，研究如何通過使用信號放大系統(tǒng)和重新注入孢子及營養(yǎng)物質(zhì)來延長生物混合機器人的使用壽命。相信未來，生物混合機器人會在我們的生活中發(fā)揮更大的作用，為我們探索世界提供新的可能性，甚至可以幫助我們探索太空。