Гриб управляет роботом

Ярко-желтой миксомицете, которая может вырастать до нескольких метров в диаметре, было поручено управлять движением робота на шести ногах.

Микросхема

Вначале поприветствуем слизистый гриб, контролирующий передвижения машинки:

Physarum polycephalum — гриб из отряда слизистых миксомицетов, тело которого представляет собой многоядерную протоплазму гигантской клетки величиной от 1 мм до 1,5 м.
Ярко-желтый Physarum polycephalum обитает во влажной лесной подложке и питается микробами, поглощая их всей поверхностью своего тела. Несмотря на полное отсутствие нервной системы, слизевик может перемещаться, медленно меняя свою форму. Вся эта слизь реагирует на два основных раздражителя — пищу и свет: к первому всячески стремится, второго избегает. Последним фактом и воспользовались учёные — британец Клаус-Питер Зонер (Klaus-Peter Zauner) из университета Саутгемптона (University of Southampton) и двое его коллег-японцев: Соитиро Цуда (Soichiro Tsuda) и Юкио-Пегио Гундзи (Yukio-Pegio Gunji) из университета Кобе (Kobe University).

Physarum polycephalum на шампиньонах.

Мало кто может подумать, что эта симпатичная желтая плесень на самом деле очень необычное и странное создание природы.

Встретить этот организм в естественных условиях, да еще и на шампиньонах — большая редкость. Фотографии сделаны автором этого сайта Царевым А. В.

Целью интеграции живого организма в электромеханическое устройство, по словам авторов проекта, является поиск более простых и надёжных способов управления роботами через адаптивное поведение.

Таким образом, как утверждают исследователи, им удалось создать био-сенсор, открывающий большие перспективы для науки. В частности, он может быть использован для мгновенного определения наличия в жидкости ядовитых веществ, а в будущем и вовсе может послужить основой для создания вычислительных систем. Правда есть несколько значительных минусов — жизнь гриба длится всего неделю, и скорость вычислений весьма мала.

(A) — пластмассовая форма, в которой выращивали плазмодий, накрыв его сверху плёнкой. (B) — самое начало роста плазмодиев. (C) — образование колонии спустя 5 часов и (D) 10 часов (изображения Klaus-Peter Zauner).

Своей экспериментальной установкой исследователи хотели попытаться научить робота приспосабливаться к среде и реагировать на неё так, как это делают живые существа. Учёных сильно интригует та изощрённость, которую демонстрируют формы жизни, справляясь с трудностями и защищая себя.

«Компьютеры, которые у нас есть сегодня, очень хорошо выполняют те задачи, для которых мы их строили. Но в сложной или парадоксальной окружающей среде они терпят неудачу», — рассказал Зонер журналу New Scientist.

Схема экспериментальной установки (изображение Klaus-Peter Zauner).

В общем, исследователи взяли 6 амёбоидных плазмодиев и поместили их в пластмассовую форму в виде шестиконечной звезды или снежинки. На иллюстрации выше вы видите, как разрастался плазмодий в этой форме.

Над формой с организмом учёные установили проектор и CCD-камеру, подключенные к компьютеру. С PC же соединили и робота, оснащённого реагирующими на яркий свет 6 датчиками. Таким образом, цепь замкнулась.

И получилось вот что. Когда датчики робота обнаруживали свет, данные об этом попадали в компьютер, а оттуда — проектору, который моделировал этот свет для слизевика — светил на один из шести концов формы-звезды.

Система в действии. В шкафчике светится жёлтым плазмодий, его изображение мы видим на мониторе (фото Klaus-Peter Zauner).

Слизь, в свою очередь, старалась убежать от света, уходила с освещённого конца. И её движение, снятое камерой, в виде обработанного компьютером сигнала использовалось для управления сервомоторчиком одной из шести ног робота.

Тут следует добавить, что каждая нога робота имеет только одну степень свободы и качается перпендикулярно телу. Во время движения контакт одной ноги с землёй зависит от положения других ног.

В результате робот стал бояться света, точно так же, как его «водитель» слизевик, превратился в механическое воплощение живого организма. За ним можно гоняться с фонариком, благо, что двигаться, не опрокидываясь, он способен во всех направлениях.

Многоядерный одноклеточный организм Physarum polycephalum во всей красе. Масштабная линейка в правом углу — 10 мм (фото Klaus-Peter Zauner).

«Хотя наши эксперименты — это лишь первые шаги. На данном этапе многие вопросы остаются открытыми. Но мы надеемся, что биогибридная архитектура, представленная нами, послужит толчком для исследований в данном направлении, — пишет Зонер и его коллеги. — На основании проведённых опытов мы можем заключить, что Physarum polycephalum отлично подходит для изучения архитектуры устройств на базе автономных компонентов».

Зонер полагает, что контроль посредством организма можно организовать непосредственно на самом роботе, отказавшись от удалённой модели. А если представить, что элементы этого механизма управления уменьшились до нанороботов и молекул? Как насчёт того, что биологические компоненты станут неотъемлемой частью автоматизированных устройств?
.