В то время как инженеры десятилетиями стремились создать максимально реалистичных роботов, они постоянно сталкиваются с фундаментальным ограничением: синтетические материалы не способны воспроизвести сложность и многофункциональность живых тканей. «Существует предел, где технология ограничивает нас», — отмечает Ананд Мишра, инженер Корнельского университета. Именно поэтому исследователи обращаются к удивительному решению — интеграции живых тканей растений и грибов в робототехнику.
Грибы, хотя и не являются растениями, обладают уникальными структурами — мицелиями. Эти корнеподобные образования прорастают через почву в поисках питательных веществ и способны реагировать на свет, тепло и химические вещества. Команда Мишры из Корнельского университета использовала эту особенность, вырастив грибные мицелии непосредственно на электродах, которые затем были прикреплены к роботам.
Результаты оказались поразительными: мицелии генерировали электрические сигналы — потенциалы действия, аналогичные тем, что производят нервные клетки и сердце человека. Эти естественные электрические импульсы заставляли биороботов двигаться самостоятельно. Когда мицелии подвергались воздействию ультрафиолетового излучения, они производили более сильные сигналы, что меняло характер движения роботов. Это исследование, опубликованное в журнале Science Robotics в 2024 году, демонстрирует, как биороботы могут реагировать на изменения окружающей среды.
Мишра видит в этой технологии большой потенциал и планирует изучить реакции грибных тканей на другие факторы, например, на газы. Одно из возможных практических применений — создание «грибных» роботов для сельского хозяйства, которые могли бы перемещаться по полям, анализируя состояние почвы.
Параллельно с этим Фабиан Медер, специалист по материаловедению из Высшей школы Сант'Анна в Пизе, Италия, работает над решением другой проблемы робототехники — ограниченного срока службы и энергопотребления. В отличие от электроники, которая выходит из строя через несколько лет, многие деревья и растения живут тысячелетиями, способны к самовосстановлению и адаптации.
Медер разрабатывает искусственные листья, которые прикрепляются к настоящим растениям и собирают энергию из неожиданного источника — статического электричества, генерируемого ветром. Эти искусственные листья включают слой резины, материала, накапливающего статический заряд. Когда ветер заставляет искусственные листья сталкиваться с настоящими, генерируется статический заряд, который проникает во внутренние ткани настоящего листа, создавая электрический ток. Этот ток собирается с помощью электродов, размещенных в листе. Исследования Медера показали, что такие устройства могут вырабатывать достаточно энергии для питания светодиодов.
Работа с живыми материалами ставит перед учеными особую задачу — поддержание их жизнеспособности. Как грибам, так и растениям необходимы определенные ресурсы для выживания. Медер подчеркивает важность фотосинтеза для растений, что требует использования прозрачных материалов, не блокирующих солнечный свет. «Речь всегда идет о сборе крупиц энергии, которые в противном случае мы просто потеряли бы», — отмечает он.
Эти инновации напоминают фантастические концепции, такие как «триборги» из телесериала «Доктор Кто» — устройства, частично состоящие из деревьев и роботов, которые преобразуют звездный свет в кислород для пассажиров космических кораблей. Или «флора-компьютеры» из фэнтези-романа Ннеди Окорафор «Захра, покоритель ветров», где устройства выращиваются из семян процессоров и формируются в полезные технологии.
Хотя эти вдохновляющие примеры остаются в области фантастики, современные исследования биогибридных технологий активно превращают их в реальность. Объединяя чувствительность грибных тканей с энергосберегающими свойствами растений, ученые создают новое поколение роботов, которые могут не только преодолеть ограничения синтетических материалов, но и открыть двери к более устойчивым и экологичным технологиям будущего.
Изображение носит иллюстративный характер
Грибы, хотя и не являются растениями, обладают уникальными структурами — мицелиями. Эти корнеподобные образования прорастают через почву в поисках питательных веществ и способны реагировать на свет, тепло и химические вещества. Команда Мишры из Корнельского университета использовала эту особенность, вырастив грибные мицелии непосредственно на электродах, которые затем были прикреплены к роботам.
Результаты оказались поразительными: мицелии генерировали электрические сигналы — потенциалы действия, аналогичные тем, что производят нервные клетки и сердце человека. Эти естественные электрические импульсы заставляли биороботов двигаться самостоятельно. Когда мицелии подвергались воздействию ультрафиолетового излучения, они производили более сильные сигналы, что меняло характер движения роботов. Это исследование, опубликованное в журнале Science Robotics в 2024 году, демонстрирует, как биороботы могут реагировать на изменения окружающей среды.
Мишра видит в этой технологии большой потенциал и планирует изучить реакции грибных тканей на другие факторы, например, на газы. Одно из возможных практических применений — создание «грибных» роботов для сельского хозяйства, которые могли бы перемещаться по полям, анализируя состояние почвы.
Параллельно с этим Фабиан Медер, специалист по материаловедению из Высшей школы Сант'Анна в Пизе, Италия, работает над решением другой проблемы робототехники — ограниченного срока службы и энергопотребления. В отличие от электроники, которая выходит из строя через несколько лет, многие деревья и растения живут тысячелетиями, способны к самовосстановлению и адаптации.
Медер разрабатывает искусственные листья, которые прикрепляются к настоящим растениям и собирают энергию из неожиданного источника — статического электричества, генерируемого ветром. Эти искусственные листья включают слой резины, материала, накапливающего статический заряд. Когда ветер заставляет искусственные листья сталкиваться с настоящими, генерируется статический заряд, который проникает во внутренние ткани настоящего листа, создавая электрический ток. Этот ток собирается с помощью электродов, размещенных в листе. Исследования Медера показали, что такие устройства могут вырабатывать достаточно энергии для питания светодиодов.
Работа с живыми материалами ставит перед учеными особую задачу — поддержание их жизнеспособности. Как грибам, так и растениям необходимы определенные ресурсы для выживания. Медер подчеркивает важность фотосинтеза для растений, что требует использования прозрачных материалов, не блокирующих солнечный свет. «Речь всегда идет о сборе крупиц энергии, которые в противном случае мы просто потеряли бы», — отмечает он.
Эти инновации напоминают фантастические концепции, такие как «триборги» из телесериала «Доктор Кто» — устройства, частично состоящие из деревьев и роботов, которые преобразуют звездный свет в кислород для пассажиров космических кораблей. Или «флора-компьютеры» из фэнтези-романа Ннеди Окорафор «Захра, покоритель ветров», где устройства выращиваются из семян процессоров и формируются в полезные технологии.
Хотя эти вдохновляющие примеры остаются в области фантастики, современные исследования биогибридных технологий активно превращают их в реальность. Объединяя чувствительность грибных тканей с энергосберегающими свойствами растений, ученые создают новое поколение роботов, которые могут не только преодолеть ограничения синтетических материалов, но и открыть двери к более устойчивым и экологичным технологиям будущего.
