علماء يبنون روبوت يتكون من جزء فطري وجزء آلي

روبوت بعجلات يتدحرج على الأرض. نجم آلي ناعم الجسم ينحني بأرجله الخمسة، ويتحرك بحركة متثاقلة غريبة.

قد تكون هذه الإبداعات الروبوتية البسيطة التي تعمل بالكهرباء التقليدية عن طريق القابس أو البطارية غير ملحوظة، ولكن ما يميز هذين الروبوتين هو أنه يتم التحكم فيهما بواسطة كائن حي: فطر المحار الملك.

من خلال زراعة فطريات الفطر، أو الخيوط الشبيهة بالجذور، في أجهزة الروبوت، قام فريق بقيادة باحثين من جامعة كورنيل بتصميم نوعين من الروبوتات التي تستشعر البيئة المحيطة وتستجيب لها من خلال تسخير الإشارات الكهربائية التي يصدرها الفطر وحساسيته للضوء.

وتعد هذه الروبوتات أحدث إنجاز للعلماء في مجال يعرف باسم الروبوتات الهجينة الحيوية الذين يسعون إلى الجمع بين المواد البيولوجية الحية مثل الخلايا النباتية والحيوانية أو الحشرات مع المكونات الاصطناعية لصنع كيانات حية جزئياً ومُصممة هندسياً جزئياً.

لم تغامر الروبوتات المهجنة بيولوجيًا بعد خارج المختبر، لكن الباحثين يأملون أن تستكشف قناديل البحر الروبوتية المحيطات يومًا ما، وقد تتمكن الروبوتات التي تعمل بالحيوانات المنوية من تقديم علاجات الخصوبة، ويمكن للصراصير الآلية البحث عن الناجين في أعقاب الزلزال.

يقول روبرت شيبرد، كبير مؤلفي دراسة تفصيلية عن الروبوتات نشرت في 28 أغسطس/آب في مجلة "ساينس روبوتيكس": "الآليات، بما في ذلك الحوسبة والفهم والعمل كاستجابة، تتم في العالم البيولوجي وفي العالم الاصطناعي الذي ابتكره البشر، والبيولوجيا في معظم الأحيان أفضل في ذلك من أنظمتنا الاصطناعية".

وأضاف شيبرد، وهو أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية في جامعة كورنيل الذي يقود مختبر الروبوتات العضوية في المؤسسة: "التهجين الحيوي هو محاولة للعثور على مكونات في العالم البيولوجي يمكننا تسخيرها وفهمها والتحكم فيها لمساعدة أنظمتنا الاصطناعية على العمل بشكل أفضل".

جزء فطري وجزء آلي

بدأ الفريق بزراعة فطر المحار الملكي (Pleurotus eryngii) في المختبر من مجموعة بسيطة تم طلبها عبر الإنترنت. اختار الباحثون هذا النوع من الفطر لأنه ينمو بسهولة وسرعة.

وقاموا بزراعة الهياكل الخيطية للفطر أو الفطريات التي يمكن أن تشكل شبكات يمكنها، وفقًا للدراسة، أن تستشعر وتتواصل وتنقل المواد الغذائية تعمل بشكل يشبه إلى حد ما الخلايا العصبية في الدماغ. (للأسف، ليس دقيقًا تمامًا أن نطلق على هذه المخلوقات اسم روبوتات الفطر. فالفطر هو ثمرة الفطريات - فالروبوتات تعمل بواسطة الفطريات الشبيهة بالجذور).

تنتج الفطريات إشارات كهربائية صغيرة ويمكن توصيلها بأقطاب كهربائية.

قال أندرو أداماتزكي، أستاذ الحوسبة غير التقليدية في جامعة غرب إنجلترا في بريستول الذي يقوم ببناء أجهزة كمبيوتر فطرية، إنه ليس من الواضح كيف تنتج الفطريات إشارات كهربائية.

وقال أداماتزكي، الذي لم يشارك في البحث لكنه راجعه قبل نشره: "لا أحد يعرف على وجه اليقين".

"بشكل أساسي، تنتج جميع الخلايا الحية إشارات كهربائية شبيهة بإشارات الحركة الكهربائية، والفطريات ليست استثناءً".

وجد فريق الدراسة أنه من الصعب هندسة نظام يمكنه اكتشاف واستخدام الإشارات الكهربائية الصغيرة من الفطريات للتحكم في الروبوت.

"عليك أن تتأكد من أن القطب الكهربائي يلامس في الموضع الصحيح لأن الفطريات رقيقة جداً. لا يوجد الكثير من الكتلة الحيوية هناك"، قال المؤلف الرئيسي أناند ميشرا، وهو باحث مشارك في أبحاث ما بعد الدكتوراه في مختبر كورنيل للروبوتات العضوية ثم تقوم بزراعتها، وعندما تبدأ الفطريات في النمو، تلتف حول القطب الكهربائي.

قام ميشرا بتصميم واجهة كهربائية تقرأ بدقة النشاط الكهربائي الخام للفطريات ثم تعالجها وتحولها إلى معلومات رقمية يمكنها تنشيط مشغلات الروبوت أو الأجزاء المتحركة.

كانت الروبوتات قادرة على المشي والتدحرج كاستجابة للطفرات الكهربائية التي تولدها الفطريات، وعندما قام ميشرا وزملاؤه بتحفيز الروبوتات بالأشعة فوق البنفسجية، غيرت الروبوتات مشيتها ومسارها، مما يدل على أنها كانت قادرة على الاستجابة لبيئتها.

قال شيبرد: "لا يحب الفطر الضوء حقًا". "بناءً على الاختلاف في شدة الضوء يمكنك الحصول على وظائف مختلفة للروبوت. سوف يتحرك بشكل أسرع أو يبتعد عن الضوء."

عمل مثير

قالت فيكتوريا ويبستر-وود، الأستاذة المشاركة في مجموعة الروبوتات الهجينة الحيوية والعضوية في جامعة كارنيجي ميلون في بيتسبرج، إنه من المثير رؤية المزيد من العمل في مجال الروبوتات الهجينة الحيوية التي تتجاوز الأنسجة البشرية والحيوانية والحشرات.

وأضافت ويبستر-وود، التي لم تشارك في البحث: "قد يكون للفطريات مزايا على غيرها من مناهج التهجين الحيوي من حيث الظروف المطلوبة لإبقائها على قيد الحياة".

"إذا كانت هذه الفطريات أكثر صلابة للظروف البيئية، فقد يجعلها ذلك مرشحاً ممتازاً للروبوتات المهجنة بيولوجياً للتطبيقات في الزراعة والمراقبة أو الاستكشاف البحري."

وأشارت الدراسة إلى أن الفطريات يمكن زراعتها بكميات كبيرة ويمكن أن تزدهر في العديد من البيئات المختلفة.

قام الباحثون بتشغيل الروبوت المتحرك بدون حبل يربطه بالأجهزة الكهربائية وهو إنجاز وصفه ويبستر-وود بأنه جدير بالملاحظة بشكل خاص.

"وقالت عبر البريد الإلكتروني: "تمثل الروبوتات الهجينة الحيوية الخالية من الحبال حقًا تحديًا في هذا المجال، ورؤية تحقيق ذلك مع نظام الفطريات أمر مثير للغاية."

الروبوتات الهجينة الحيوية في العالم الحقيقي

قالت شيبرد إن التكنولوجيا التي تتحكم فيها الفطريات يمكن أن يكون لها تطبيقات في الزراعة.

"في هذه الحالة استخدمنا الضوء كمدخل، ولكن في المستقبل سيكون كيميائيًا. يمكن أن تكون إمكانية الروبوتات المستقبلية هي استشعار كيمياء التربة في المحاصيل الصفية وتحديد وقت إضافة المزيد من الأسمدة، على سبيل المثال، وربما التخفيف من الآثار النهائية للزراعة مثل تكاثر الطحالب الضارة".

ووفقاً لأداماتزكي، فإن الروبوتات التي تتحكم فيها الفطريات، والحوسبة الفطرية على نطاق أوسع، لديها إمكانات هائلة.

وقال إن مختبره أنتج أكثر من 30 جهاز استشعار وحوسبة باستخدام الفطريات الحية، بما في ذلك زراعة جلد ذاتي الشفاء للروبوتات التي يمكنها التفاعل مع الضوء واللمس.

"عندما يتم توفير محرك مناسب (نظام نقل الحركة)، يمكن للروبوت، على سبيل المثال، مراقبة صحة الأنظمة البيئية. ومن شأن جهاز التحكم الفطري أن يتفاعل مع التغيرات، مثل تلوث الهواء، ويوجه الروبوت وفقاً لذلك."

"إن ظهور جهاز فطري آخر جهاز تحكم آلي يوضح بشكل مثير الإمكانات الرائعة للفطريات."

قال رافاييل ميستري، المحاضر في كلية الإلكترونيات وعلوم الحاسوب في جامعة ساوثهامبتون في المملكة المتحدة والذي يعمل على الآثار الاجتماعية والأخلاقية والسياسية للتقنيات الناشئة، إنه إذا أصبحت الروبوتات المهجنة بيولوجيًا أكثر تطورًا وتم نشرها في المحيط أو أي نظام بيئي آخر، فقد يؤدي ذلك إلى تعطيل الموطن، مما يتحدى التمييز التقليدي بين الحياة والآلة.

"قال ميستري، الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: "أنت تضع هذه الأشياء في السلسلة الغذائية للنظام البيئي في مكان لا ينبغي أن تكون فيه. "إذا أطلقتها بأعداد كبيرة فقد تكون مدمرة. لا أرى في هذه اللحظة أن هذا البحث بالذات ينطوي على مخاوف أخلاقية قوية ولكن إذا استمر في التطور، أعتقد أنه من المهم للغاية النظر فيما سيحدث عندما نطلقها في العراء".