اشترك في النشرة العلمية Wonder Theory من CNN. استكشف الكون من خلال الأخبار حول الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد
سي إن إن
—
يتدحرج روبوت ذو عجلات على الأرض، ويتحرك نجم آلي ذو جسم ناعم بخطوات محرجة.
هذه الروبوتات البسيطة تعمل بالكهرباء التقليدية عن طريق القابس أو البطارية، وقد تكون عادية، ولكن ما يميز هذين الروبوتين هو أنهما يتم التحكم فيهما بواسطة كيان حي: فطر المحار الملكي.
ومن خلال تنمية فطريات الفطر، أو الخيوط الجذرية، في أجهزة الروبوت، قام فريق بقيادة باحثين من جامعة كورنيل بتصميم نوعين من الروبوتات التي تستشعر البيئة وتستجيب لها من خلال تسخير الإشارات الكهربائية التي يصدرها الفطر وحساسيته للضوء.
وتعد الروبوتات أحدث إنجازات العلماء في مجال يعرف باسم الروبوتات الحيوية الهجينة، والتي تسعى إلى الجمع بين المواد البيولوجية الحية مثل الخلايا النباتية والحيوانية أو الحشرات مع مكونات اصطناعية لإنشاء كيانات حية جزئيًا ومهندسية جزئيًا.
ولم تتعد الروبوتات الهجينة الحيوية حدود المختبرات بعد، لكن الباحثين يأملون أن تتمكن قناديل البحر الآلية في يوم من الأيام من استكشاف المحيطات، وأن تتمكن الروبوتات التي تعمل بالحيوانات المنوية من تقديم علاجات الخصوبة، وأن تتمكن الصراصير الآلية من البحث عن الناجين في أعقاب الزلازل.
وقال روبرت شيبارد، المؤلف الرئيسي لدراسة تفصيلية عن الروبوتات نشرت في 28 أغسطس/آب في مجلة “ساينس روبوتيكس”: “إن الآليات، بما في ذلك الحوسبة والفهم والعمل كاستجابة، تتم في العالم البيولوجي وفي العالم الاصطناعي الذي خلقه البشر، وفي معظم الأحيان تكون البيولوجيا أفضل في ذلك من أنظمتنا الاصطناعية”.
وأضاف شيبرد، أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية في جامعة كورنيل والذي يقود مختبر الروبوتات العضوية في المؤسسة، أن “التهجين الحيوي هو محاولة للعثور على مكونات في العالم البيولوجي يمكننا تسخيرها وفهمها والتحكم فيها لمساعدة أنظمتنا الاصطناعية على العمل بشكل أفضل”.
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.
لقد قاموا بزراعة هياكل خيطية أو فطريات من الفطر، والتي يمكن أن تشكل شبكات يمكنها، وفقًا للدراسة، الاستشعار والتواصل ونقل العناصر الغذائية – تعمل إلى حد ما مثل الخلايا العصبية في الدماغ. (للأسف، ليس من الدقة تمامًا تسمية المخلوقات بالروبوتات الفطرية. الفطر هو ثمرة الفطريات – تعمل الروبوتات بواسطة الفطريات الشبيهة بالجذور).
ينتج الفطريات إشارات كهربائية صغيرة ويمكن توصيلها بالأقطاب الكهربائية.
وقال أندرو أداماتسكي، أستاذ الحوسبة غير التقليدية في جامعة غرب إنجلترا في بريستول والذي يقوم ببناء أجهزة كمبيوتر فطرية، إنه ليس من الواضح كيف تنتج الفطريات الإشارات الكهربائية.
وقال آداماتسكي، الذي لم يشارك في البحث لكنه راجعه قبل نشره: “لا أحد يعرف على وجه اليقين”.
“في الأساس، تنتج جميع الخلايا الحية طفرات تشبه إمكانات الفعل، والفطريات ليست استثناءً.”
ووجد فريق الدراسة أنه من الصعب تصميم نظام يمكنه اكتشاف الإشارات الكهربائية الصغيرة من الفطريات واستخدامها للتحكم في الروبوت.
قال المؤلف الرئيسي أناند ميشرا، وهو باحث مشارك في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر الروبوتات العضوية بجامعة كورنيل: “يجب التأكد من أن القطب الكهربي الخاص بك يتلامس في الموضع الصحيح لأن الفطريات رقيقة للغاية. لا يوجد الكثير من الكتلة الحيوية هناك. ثم تقوم بزراعتها، وعندما تبدأ الفطريات في النمو، فإنها تلتف حول القطب الكهربي”.
قام ميشرا بتصميم واجهة كهربائية تقرأ بدقة النشاط الكهربائي الخام للفطريات، ثم تقوم بمعالجته وتحويله إلى معلومات رقمية يمكنها تنشيط محركات الروبوت أو الأجزاء المتحركة.
تمكنت الروبوتات من المشي والتدحرج استجابة للنبضات الكهربائية التي تولدها الفطريات، وعندما قام ميشرا وزملاؤه بتحفيز الروبوتات بالضوء فوق البنفسجي، غيرت مشيتها ومسارها، مما يدل على أنها كانت قادرة على الاستجابة لبيئتها.
قال شيبرد: “لا تحب الفطريات الضوء حقًا. وبناءً على الاختلاف في شدة الضوء، يمكنك الحصول على وظائف مختلفة للروبوت. فسوف يتحرك بشكل أسرع أو يبتعد عن الضوء”.
وقالت فيكتوريا ويبستر وود، الأستاذة المساعدة في مجموعة الروبوتات الحيوية الهجينة والعضوية بجامعة كارنيجي ميلون في بيتسبرغ، إنه من المثير أن نرى المزيد من العمل في مجال الروبوتات الحيوية الهجينة التي تتجاوز الأنسجة البشرية والحيوانية والحشرية.
وقال ويبستر وود، الذي لم يشارك في البحث: “قد تتمتع الفطريات بمزايا مقارنة بالطرق الحيوية الهجينة الأخرى من حيث الظروف المطلوبة لإبقائها على قيد الحياة”.
“إذا كانت أكثر قوة في مواجهة الظروف البيئية، فقد يجعلها هذا مرشحًا ممتازًا للروبوتات الهجينة الحيوية للتطبيقات في الزراعة أو مراقبة البحار أو استكشافها.”
وأشارت الدراسة إلى أن الفطريات يمكن زراعتها بكميات كبيرة وتنمو في العديد من البيئات المختلفة.
قام الباحثون بتشغيل الروبوت المتحرك دون وجود حبل يربطه بالأجهزة الكهربائية – وهو إنجاز وصفه ويبستر وود بأنه جدير بالملاحظة بشكل خاص.
وقالت عبر البريد الإلكتروني: “إن الروبوتات الحيوية الهجينة الخالية من القيود تشكل تحديًا حقيقيًا في هذا المجال، ورؤيتهم يحققون ذلك باستخدام نظام الفطريات أمر مثير للغاية”.
وقال شيبارد إن تقنية التحكم بالفطريات يمكن أن يكون لها تطبيقات في الزراعة.
“في هذه الحالة استخدمنا الضوء كمدخل، ولكن في المستقبل سيكون المدخل كيميائيًا. قد تكون إمكانات الروبوتات المستقبلية هي استشعار كيمياء التربة في المحاصيل الصفية وتحديد متى نضيف المزيد من الأسمدة، على سبيل المثال، ربما للتخفيف من التأثيرات المترتبة على الزراعة مثل ازدهار الطحالب الضارة”، كما قال لصحيفة كورنيل كرونيكل.
يقول آداماتسكي إن الروبوتات التي يتم التحكم فيها بواسطة الفطريات، والحوسبة الفطرية على نطاق أوسع، تتمتع بإمكانات هائلة.
وقال إن مختبره أنتج أكثر من 30 جهاز استشعار وحساب باستخدام الفطريات الحية، بما في ذلك تنمية جلد قادر على الشفاء الذاتي للروبوتات التي يمكنها التفاعل مع الضوء واللمس.
وقال آداماتسكي عبر البريد الإلكتروني: “عندما يتم توفير نظام نقل الحركة المناسب، يمكن للروبوت، على سبيل المثال، مراقبة صحة الأنظمة البيئية. وسوف يتفاعل جهاز التحكم في الفطريات مع التغييرات، مثل تلوث الهواء، ويوجه الروبوت وفقًا لذلك”.
“إن ظهور جهاز فطري آخر – وهو جهاز تحكم روبوتي – يوضح بشكل مثير الإمكانات المذهلة للفطريات.”
وقال رافائيل ميستري، المحاضر في كلية الإلكترونيات وعلوم الكمبيوتر في جامعة ساوثهامبتون في المملكة المتحدة والذي يعمل على الآثار الاجتماعية والأخلاقية والسياسية للتكنولوجيات الناشئة، إنه إذا أصبحت الروبوتات الحيوية الهجينة أكثر تطوراً وتم نشرها في المحيط أو نظام بيئي آخر، فقد يؤدي ذلك إلى تعطيل الموائل، مما يشكل تحدياً للتمييز التقليدي بين الحياة والآلة.
وقال ميستري الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: “إنك تضع هذه الأشياء في السلسلة الغذائية لنظام بيئي في مكان لا ينبغي لها أن تكون فيه. وإذا أطلقتها بأعداد كبيرة فقد يكون ذلك مدمراً. لا أرى في هذه اللحظة أن هذا البحث بعينه يثير مخاوف أخلاقية قوية … ولكن إذا استمر في التطور، أعتقد أنه من الأهمية بمكان أن نفكر في ما يحدث عندما نطلقها في العراء”.
