¿Hongos moviendo robots?! Podría sonar como algo sacado de una película de ciencia ficción, pero esto es en realidad el resultado de una investigación científica real. Un equipo de la Universidad de Cornell ha desarrollado un robot innovador inspirado en hongos comunes encontrados en el suelo del bosque. Este «robot biohíbrido» es controlado por señales eléctricas emitidas por el micelio fúngico. Es verdaderamente una invención notable que combina la sabiduría de la naturaleza con tecnología de vanguardia.
By Cornell University
¿Por qué usar micelio de hongos?
Tradicionalmente, el desarrollo de robots se ha inspirado a menudo en el reino animal. Hay numerosos robots que imitan los movimientos de los animales, las habilidades de reconocimiento ambiental y las funciones de regulación de la temperatura. Sin embargo, cuando se trata de robots que incorporan células o tejidos vivos, mantener estos sistemas biológicos en un estado saludable y funcional ha sido un desafío.
Aquí es donde entra en juego el micelio de hongos. El micelio es la red de células en forma de hilo que forman el cuerpo de un hongo, extendiéndose típicamente bajo tierra. El micelio tiene varias ventajas:
- Puede crecer en ambientes hostiles
- Tiene la capacidad de sentir señales químicas y biológicas
- Puede responder a múltiples entradas
El profesor Rob Shepherd, líder del equipo de investigación, explica: «Al incorporar micelio en la electrónica del robot, hemos habilitado a la máquina biohíbrida para sentir y responder a su entorno». Aquí, «máquina biohíbrida» se refiere a un robot que combina elementos biológicos (en este caso, micelio) con componentes mecánicos.
Detalles de la Investigación
Esta investigación se detalla en un artículo titulado «Control Sensorimotor de Robots Mediado por Medidas Electrofisiológicas del Micelio Fúngico«, publicado en «Science Robotics«. El autor principal, Anand Mishra, afirma: «Este artículo es el primer paso en muchos estudios que utilizarán el reino fúngico para proporcionar señales de detección y comando ambiental a los robots, mejorando sus niveles de autonomía».
«Detección ambiental» aquí se refiere a la capacidad del robot para detectar su entorno. «Autonomía» significa la capacidad del robot para tomar decisiones y actuar por su cuenta sin control externo directo.
El equipo de investigación reunió experiencia de varios campos para abordar el complejo desafío de combinar hongos y electrónica. Se requirió conocimiento de ingeniería mecánica, electrónica, micología, neurobiología y procesamiento de señales.
Cómo Funciona el Sistema
El sistema desarrollado por el equipo de investigación consta de los siguientes elementos:
- Interfaz eléctrica: Bloquea la vibración e interferencia electromagnética, registrando y procesando con precisión la actividad electrofisiológica del micelio en tiempo real. «Actividad electrofisiológica» se refiere a las señales eléctricas débiles emitidas por las células biológicas. Específicamente, mide los cambios en el potencial eléctrico causados por el flujo de iones a través de las membranas celulares del micelio. Estas señales eléctricas fluctúan cuando el micelio detecta cambios en el entorno externo (luz, temperatura, productos químicos, etc.), formando la base para la detección ambiental.
- Controlador: Inspirado en los Generadores de Patrones Centrales (CPGs). Los CPGs son circuitos neuronales en sistemas biológicos que generan movimientos rítmicos. Por ejemplo, los ritmos de caminar y respirar en humanos están controlados por CPGs.
En este sistema robótico, se aplica el concepto de CPG para convertir las señales eléctricas obtenidas del micelio en patrones de movimiento rítmico. Específicamente, analiza la periodicidad e intensidad de las señales eléctricas del micelio y las utiliza para generar patrones de movimiento del robot (ritmos de caminar, cambios de dirección, etc.). Esto permite un control natural y eficiente de los movimientos del robot en respuesta a cambios en el entorno externo.
El sistema lee las señales eléctricas crudas del micelio, las procesa e identifica picos rítmicos (cambios repentinos en el potencial). Luego convierte esta información en señales de control digital y las envía a los actuadores del robot (dispositivos que generan movimiento). Esto resulta en un sistema de control único donde las «sensaciones» del micelio se reflejan directamente en las «acciones» del robot.
Resultados Experimentales
El equipo de investigación creó dos tipos de robots biohíbridos:
- Un robot blando con forma de araña
- Un robot con ruedas
Se realizaron tres experimentos utilizando estos robots:
- Un experimento donde los robots caminaban o se movían en respuesta a picos continuos naturales en las señales del micelio
- Un experimento observando las reacciones de los robots a la estimulación de luz ultravioleta (los robots cambiaron sus patrones de caminar)
- Un experimento que anulaba por completo las señales nativas del micelio
Estos experimentos demostraron que los robots biohíbridos que utilizan micelio pueden reaccionar a su entorno y ser controlados. En otras palabras, el micelio fúngico funciona como el «cerebro» del robot, permitiéndole cambiar sus movimientos en respuesta a estímulos ambientales.
Importancia de la Investigación y Perspectivas Futuras
Esta investigación tiene el potencial de impactos de gran alcance más allá de los campos de la robótica y la micología. Mishra explica: «Este proyecto no solo se trata de controlar un robot. También se trata de crear una verdadera conexión con un sistema vivo».
El profesor Shepherd menciona aplicaciones futuras potenciales en agricultura: «Futuros robots podrían ser capaces de detectar la química del suelo en hileras de cultivos y decidir cuándo agregar más fertilizante. Esto podría mitigar potencialmente los efectos aguas abajo de la agricultura, como la floración de algas nocivas».
Por ejemplo, si estos «robots de hongos» pudieran patrullar campos y monitorizar las condiciones del suelo en tiempo real, podría ser posible prevenir el uso excesivo de pesticidas y fertilizantes, permitiendo una agricultura más amigable con el medio ambiente.
Además, las aplicaciones de esta tecnología se extienden más allá de la agricultura. Por ejemplo:
- Monitoreo ambiental: Utilizando las habilidades de detección altamente sensibles del micelio, se podrían desarrollar robots para detectar la contaminación del aire y el agua.
- Rescate en desastres: Aprovechando su capacidad para funcionar en ambientes hostiles, estos robots podrían aplicarse en operaciones de rescate en sitios de desastres por terremotos o incendios.
- Campo médico: La capacidad de detectar cambios minúsculos en el entorno podría llevar al desarrollo de microrobots que operen dentro del cuerpo.
- Exploración espacial: Su capacidad para sobrevivir en entornos extremos podría aplicarse a robots que exploren otros planetas.
Estas innovaciones tecnológicas no solo crean nuevos tipos de robots, sino que también tienen el potencial de provocar cambios significativos en cómo interactuamos con la sociedad y el medio ambiente. Por ejemplo, un monitoreo ambiental más preciso podría contribuir a medidas contra el cambio climático y la protección de ecosistemas. Las aplicaciones en el campo médico podrían llevar al desarrollo de métodos de tratamiento menos invasivos y más efectivos.
Equipo de Investigación y Estructura de Colaboración
Esta investigación innovadora fue posible gracias a la cooperación de expertos de varios campos:
- Bruce Johnson: Investigador Senior en Neurobiología y Comportamiento. Proporcionó orientación sobre cómo registrar señales eléctricas transmitidas a través de canales iónicos similares a neuronas en membranas de micelio.
- Kathie Hodge: Profesora Asociada de Patología Vegetal y Biología de Microbios de Plantas. Instruyó sobre cómo cultivar culturas de micelio limpias. Mantener la pureza del micelio es esencial para obtener señales eléctricas precisas.
- Jaeseok Kim: Universidad de Florencia, Italia.
- Hannah Baghdadi: Asistente de Investigación de Pregrado.
La colaboración de estos expertos permitió una investigación verdaderamente interdisciplinaria, fusionando campos como ingeniería mecánica, electrónica, micología, neurobiología y procesamiento de señales.
Conclusión
El desarrollo de robots biohíbridos que utilizan micelio de hongos es un logro innovador resultado de la fusión de biología e ingeniería. Esta investigación no solo abre nuevas vías para desarrollar robots que puedan adaptarse mejor a su entorno, sino que también demuestra la posibilidad de crear una verdadera conexión entre sistemas biológicos y máquinas.
A medida que esta tecnología se desarrolle más, se esperan aplicaciones en varios campos como la agricultura, monitoreo ambiental, rescate en desastres, medicina y exploración espacial. Tiene el potencial de conducir al desarrollo de tecnologías más eficientes y amigables con el medio ambiente aprovechando la sabiduría de la naturaleza.
La fusión del mundo de los hongos y la robótica de vanguardia sugiere una nueva relación entre la naturaleza y la tecnología. Esta investigación enfatiza la importancia de los enfoques biológicos en el futuro desarrollo de robots y demuestra claramente cómo la cooperación interdisciplinaria puede conducir a resultados innovadores.
Puede llegar el día en que los «hongos» que nos son familiares se conviertan en la clave para crear tecnología de vanguardia. Necesitamos estar atentos a futuras innovaciones tecnológicas que combinen la sabiduría de la naturaleza con la inteligencia artificial. Las transformaciones que esta tecnología podría traer a la sociedad, desde protección ambiental hasta avances en medicina y nuevos desarrollos en exploración espacial, tienen el potencial de impactar en gran medida nuestras vidas y el futuro de nuestro planeta. La investigación sobre robots biohíbridos representa verdaderamente una nueva forma de ciencia del siglo XXI que busca la coexistencia de la naturaleza y la tecnología.
