Cogumelos movendo robôs?! Pode soar como algo de um filme de ficção científica, mas é, na verdade, o resultado de uma pesquisa científica real. Uma equipe da Universidade de Cornell desenvolveu um robô inovador inspirado por cogumelos comuns encontrados no chão da floresta. Este “robô biohíbrido” é controlado por sinais elétricos emitidos por micélio fúngico. É verdadeiramente uma invenção notável que combina a sabedoria da natureza com tecnologia de ponta.
By Cornell University
Por Que Usar Micélio de Cogumelo?
Tradicionalmente, o desenvolvimento de robôs tem se inspirado frequentemente no reino animal. Existem inúmeros robôs que imitam movimentos de animais, habilidades de reconhecimento ambiental e funções de regulação de temperatura. No entanto, quando se trata de robôs que incorporam células ou tecidos vivos, manter esses sistemas biológicos em um estado saudável e funcional tem sido um desafio.
É aqui que o micélio de cogumelo entra em cena. O micélio é a rede de células filamentares que formam o corpo de um cogumelo, geralmente espalhando-se no subsolo. O micélio tem várias vantagens:
- Ele pode crescer em ambientes hostis
- Tem a capacidade de perceber sinais químicos e biológicos
- Pode responder a múltiplas entradas
O professor Rob Shepherd, líder da equipe de pesquisa, explica: “Ao incorporar o micélio na eletrônica do robô, permitimos que a máquina biohíbrida perceba e responda ao seu ambiente.” Aqui, “máquina biohíbrida” refere-se a um robô que combina elementos biológicos (neste caso, micélio) com componentes mecânicos.
Detalhes da Pesquisa
Esta pesquisa é detalhada em um artigo intitulado “Controle Sensorimotor de Robôs Mediado por Medições Electrofisiológicas de Micélio Fúngico“, publicado na “Science Robotics“. O autor principal, Anand Mishra, afirma: “Este artigo é o primeiro passo em muitos estudos que utilizarão o reino fúngico para fornecer sinais de sensor ambiental e comando a robôs, melhorando seus níveis de autonomia.”
“Sensoriamento ambiental” aqui refere-se à capacidade do robô de detectar seus arredores. “Autonomia” significa a capacidade do robô de tomar decisões e agir por conta própria sem controle externo direto.
A equipe de pesquisa reuniu expertise de várias áreas para enfrentar o complexo desafio de combinar cogumelos e eletrônica. Foi necessário conhecimento de engenharia mecânica, eletrônica, micologia, neurobiologia e processamento de sinais.
Como o Sistema Funciona
O sistema desenvolvido pela equipe de pesquisa consiste nos seguintes elementos:
- Interface elétrica: Esta bloqueia vibrações e interferências eletromagnéticas, registrando e processando com precisão a atividade eletrofisiológica do micélio em tempo real. “Atividade eletrofisiológica” refere-se aos fracos sinais elétricos emitidos por células biológicas. Especificamente, mede as mudanças no potencial elétrico causadas pelo fluxo de íons através das membranas celulares do micélio. Esses sinais elétricos flutuam quando o micélio detecta mudanças no ambiente externo (luz, temperatura, produtos químicos, etc.), formando a base para o sensoriamento ambiental.
- Controlador: Este é inspirado por Geradores de Padrão Central (CPGs). CPGs são circuitos neurais em sistemas biológicos que geram movimentos rítmicos. Por exemplo, os ritmos de caminhar e respirar humanos são controlados por CPGs.
Neste sistema robótico, o conceito de CPG é aplicado para converter sinais elétricos obtidos do micélio em padrões de movimento rítmico. Especificamente, ele analisa a periodicidade e intensidade dos sinais elétricos do micélio e usa isso para gerar os padrões de movimento do robô (ritmos de caminhada, mudanças de direção, etc.). Isso permite um controle natural e eficiente dos movimentos do robô em resposta a mudanças no ambiente externo.
O sistema lê os sinais elétricos brutos do micélio, processa-os e identifica picos rítmicos (mudanças súbitas no potencial). Em seguida, converte essa informação em sinais de controle digital e os envia para os atuadores do robô (dispositivos que geram movimento). Isso resulta em um sistema de controle único onde as “sensações” do micélio são refletidas diretamente nas “ações” do robô.
Resultados Experimentais
A equipe de pesquisa criou dois tipos de robôs biohíbridos:
- Um robô macio em forma de aranha
- Um robô com rodas
Três experimentos foram conduzidos usando esses robôs:
- Um experimento onde os robôs caminharam ou se moveram em resposta a picos contínuos naturais nos sinais do micélio
- Um experimento observando as reações dos robôs à estimulação por luz ultravioleta (os robôs mudaram seus padrões de caminhada)
- Um experimento completamente anulando os sinais nativos do micélio
Esses experimentos demonstraram que robôs biohíbridos utilizando micélio podem reagir ao seu ambiente e ser controlados. Em outras palavras, o micélio de cogumelo funciona como o “cérebro” do robô, permitindo que mude seus movimentos em resposta a estímulos ambientais.
Significado da Pesquisa e Perspectivas Futuras
Esta pesquisa tem o potencial de impactos abrangentes além dos campos da robótica e micologia. Mishra explica: “Este projeto não é apenas sobre controlar um robô. Também é sobre criar uma verdadeira conexão com um sistema vivo.”
O professor Shepherd menciona potenciais aplicações futuras na agricultura: “Robôs futuros podem ser capazes de detectar a química do solo em linhas de cultivo e decidir quando adicionar mais fertilizante. Isso poderia mitigar potenciais efeitos a jusante da agricultura, como florescimentos de algas nocivas.”
Por exemplo, se esses “robôs cogumelo” puderem patrulhar campos e monitorar as condições do solo em tempo real, pode ser possível prevenir o uso excessivo de pesticidas e fertilizantes, permitindo uma agricultura mais ambientalmente amigável.
Além disso, as aplicações desta tecnologia se estendem além da agricultura. Por exemplo:
- Monitoramento ambiental: Utilizando as habilidades de sensoriamento altamente sensíveis do micélio, robôs poderiam ser desenvolvidos para detectar poluição do ar e da água.
- Resgate em desastres: Aproveitando sua capacidade de funcionar em ambientes hostis, esses robôs poderiam ser aplicados em operações de resgate em locais de desastre por terremotos ou incêndios.
- Campo médico: A capacidade de perceber mudanças ambientais minúsculas poderia levar ao desenvolvimento de microrrobôs que operam dentro do corpo.
- Exploração espacial: Sua capacidade de sobreviver em ambientes extremos poderia ser aplicada a robôs explorando outros planetas.
Tais inovações tecnológicas não apenas criam novos tipos de robôs, mas também têm o potencial de provocar mudanças significativas em como interagimos com a sociedade e o ambiente. Por exemplo, um monitoramento ambiental mais preciso poderia contribuir para medidas de combate às mudanças climáticas e proteção dos ecossistemas. Aplicações no campo médico poderiam levar ao desenvolvimento de métodos de tratamento menos invasivos e mais eficazes.
Equipe de Pesquisa e Estrutura Colaborativa
Esta pesquisa inovadora foi possível graças à cooperação de especialistas de várias áreas:
- Bruce Johnson: Pesquisador Associado Sênior em Neurobiologia e Comportamento. Ele proporcionou orientação sobre como registrar sinais elétricos transmitidos por canais iônicos semelhantes a neurônios nas membranas miceliais.
- Kathie Hodge: Professora Associada de Patologia de Plantas e Biologia de Plantas-Microrganismos. Ela instruiu sobre como cultivar culturas miceliais limpas. Manter a pureza do micélio é essencial para obter sinais elétricos precisos.
- Jaeseok Kim: Universidade de Florença, Itália.
- Hannah Baghdadi: Assistente de Pesquisa de Graduação.
A colaboração desses especialistas possibilitou uma pesquisa verdadeiramente interdisciplinar, fundindo campos como engenharia mecânica, eletrônica, micologia, neurobiologia e processamento de sinais.
Conclusão
O desenvolvimento de robôs biohíbridos utilizando micélio de cogumelo é uma conquista inovadora resultante da fusão entre biologia e engenharia. Esta pesquisa não apenas abre novos caminhos para o desenvolvimento de robôs que podem se adaptar melhor ao seu ambiente, mas também demonstra a possibilidade de criar uma verdadeira conexão entre sistemas biológicos e máquinas.
À medida que essa tecnologia avança, espera-se que as aplicações ocorram em diversos campos como agricultura, monitoramento ambiental, resgate em desastres, medicina e exploração espacial. Ela tem o potencial de levar ao desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e ambientalmente amigáveis, aproveitando a sabedoria da natureza.
A fusão do mundo dos cogumelos e da robótica avançada sugere um novo relacionamento entre natureza e tecnologia. Esta pesquisa enfatiza a importância de abordagens biológicas no desenvolvimento futuro de robôs e claramente demonstra como a cooperação interdisciplinar pode levar a resultados inovadores.
O dia pode chegar em que os “cogumelos” familiares para nós se tornem a chave para a criação de tecnologia de ponta. Precisamos ficar atentos às futuras inovações tecnológicas que combinam a sabedoria da natureza com a inteligência artificial. As transformações que essa tecnologia pode trazer para a sociedade – desde a proteção ambiental até avanços na medicina e novos desenvolvimentos na exploração espacial – têm o potencial de impactar enormemente nossas vidas e o futuro do nosso planeta. A pesquisa sobre robôs biohíbridos representa verdadeiramente uma nova forma de ciência do século XXI visando a coexistência da natureza e da tecnologia.
