Stigningen af svamp-robotterne: Svampe-drevne robotter er her

Behovet for blide robotter

Når man laver robotsystemer i kontrollerede miljøer som fabriksgulve, skal de have en “blød” berøring med præcis kontrol over deres bevægelse.

Dette kræver meget følsomme sensorer, især berøringssensorer. Det er ofte noget, der kræver meget komplekse og skrøbelige elektroniske enheder, hvilket gør det svært at holde dem pålidelige i mange år i vanskelige miljøer. Det bruger også ofte sjældne eller forurenende metaller som sjældne jordarter, hvilket øger omkostningerne ved sådanne robotter.

Samtidig er dette noget, biologiske systemer gør konstant, mens de kun bruger grundlæggende komponenter som sukker og proteiner.

I de seneste år har der været en stigende tendens til at kigge tilbage på biologi for at forbedre robotter. En del af dette involverer at efterligne metal‑ og plastdesign fra naturen, en metode kaldet biomimik. Vi udforskede dette i artikler som “How Robotics Can Take a Cue From Nature”.

En anden tendens er blød robotteknik, med aktuatorer, bevægelige og kontaktdele lavet af fleksible materialer, nogle gange 3D‑printet, som vi beskrev i “Soft‑Robotics to Benefit from Foam Fluidics”, “Hands Like a Human: New Additive Manufacturing Helps Soft Robotics Go Real” og “Magnetic Gel Capsules Could Advance Both Robotics and Medicine”.

Men hvad hvis vi i stedet for at efterligne biologiske evner med kunstige materialer, bruger faktiske biologiske væv og integrerer dem med robotsystemerne?

Dette er, hvad forskere ved Cornell University (USA) og University of Florence (Italien) har opnået. I et papir offentliggjort i Science Robotics, under titlen “Sensorimotor control of robots mediated by electrophysiological measurements of fungal mycelia”, beskriver de, hvordan de brugte svampe til at skabe robotbaserede biosensorer.

Svampens bioelektriske signaler

Dette kan overraske mange, men svampe er faktisk ekstremt komplekse organismer. Deres mycelium (de usynlige mikroskopiske filamenter, der udgør svampen) kan føre elektriske signaler og skabe dem som reaktion på stimuli.

For eksempel kan lys forårsage en sådan elektrisk udladning i myceliet, og kemiske signaler kan også gøre det. Så det er en god kandidat til at skabe biosensorer, der kan bruges i kunstige maskiner som robotter.

At holde en biorobot i live

Tidligere forskning har allerede set på integration i robotter ved brug af biologisk væv, som for eksempel laboratoriedyrkede muskler (se “Muscle‑Based Actuators Could Maximize Potential of Robotic Solutions”).

Dette er dog en smule vanskeligt i praksis, da de fleste væv er svære at holde i live i en robotramme. De kræver den rette temperatur, fugtighed og næringsforsyning og kan være sårbare over for forurening/infektioner – problemer som ikke findes i “normale” robotter.

Og hvis muskelvævet bliver usundt af nogen af disse årsager, vil robotten hurtigt miste funktioner.

I modsætning hertil er svampe‑mycelier særligt robuste, idet de har udviklet sig til at klare sig selv i udendørs miljøer og konkurrere mod andre svampe, skimmel, bakterier og vira uden ekstra beskyttelse (i modsætning til muskelvæv, som er afhængigt af resten af organismen, fx immunsystemet, for beskyttelse).

Myceliet er også særligt dygtigt til at opfatte sit ydre miljø gennem lys, tryk/berøring og kemisk sansning.

I kombination med dets tendens til at skabe bioelektriske signaler som reaktion på stimuli, skaber det perfekte biosensorer, hvis signaler kan læses og “afkodes” af en elektronisk chip, samtidig med at de er robuste nok til at overleve i en robot.

Hvordan svampe‑robotter fungerer

Det forskerne gjorde, var at dyrke myceliet inde i robotens elektronik. Derefter trænede de robotens algoritme til korrekt at fortolke signalet fra myceliet som reaktion på stimuli.

Systemet, som forskerne skabte, kan blokere vibrationer og elektromagnetisk interferens, som kunne forstyrre myceliets signal.

Dette var et nyt skridt i opbygningen af biorobotter, og et vigtigt skridt, da det muliggør stabile, langvarige elektrofysiologiske optagelser under ubundne, mobile operationer.

Det skaber en bio‑hybrid maskine, der kan reagere på lyssignaler. I fremtiden planlægger de også at gøre den reaktiv over for kemiske signaler.

Det skaber interessante muligheder, som for eksempel en robot, der kan mærke jordens kemi i rækker af afgrøder og afgøre, om og hvor meget gødning der er behov for. I dette eksempel ville det bringe robotteknologien et skridt videre i landbruget, som vi diskuterede i “Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming”.

På samme måde kunne myceliet opdage patogener.

Et tværfagligt felt

Da det er et nyt videnskabsområde uden mange standardiserede procedurer eller produkter, kan denne type robot være lidt mere kompleks at udvikle end traditionelle robotter.

“Du skal have en baggrund inden for maskiningeniør, elektronik, noget mykologi, noget neurobiologi, en form for signalbehandling. Alle disse felter samles for at bygge dette slags system.” – Anand Mishra – forskningsassistent i Organic Robotics Lab ledet af Rob Shepherd.

I denne forskning samarbejdede Anand Mishra med Bruce Johnson, senior forskningsassistent i neurobiologi og adfærd, om hvordan man optager myceliets membran‑elektriske signal. Og med Kathie Hodge, lektor i plante‑mikro‑biologi, om hvordan man dyrker rene myceliekulturer og undgår forurening ved indsættelse af elektroder, da myceliet kan have problemer med forurening, selvom det er mere robust end de fleste andre bio‑robotiske muligheder.

Første prototyper

To bio‑hybride robotter blev bygget: en blød robot formet som en edderkop og en hjul‑bot.

Kilde: Cornell University

Hver af dem kunne reagere ved at gå og rulle som svar på naturlige, kontinuerlige spidser i myceliets signal. De reagerede også på ændringer i miljøet, som ultraviolet lys, hvilket ændrede robotens bevægelse.

Investering i bio- og blød robotteknologi

Bløde og bio‑robotter vil sandsynligvis udgøre en voksende del af det stigende robotmarked, efterhånden som robotter gradvist forlader fabriksgulve for at hjælpe med patientpleje på hospitaler, flytte varer i lagre eller plukke frugt i marker og frugtplantager.

Du kan investere i robotrelaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan her på securities.io finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, UK samt mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at udvælge specifikke robotvirksomheder, kan du også kigge på robot‑ETF’er som GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT) eller Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), eller se andre i vores artikel “5 Best Robotics & Artificial Intelligence (AI) ETFs to Invest In”, som giver en mere diversificeret eksponering til at udnytte den voksende robotindustri.

Eller du kan også læse vores artikel om “10 Best Robotics Companies”.

Robotvirksomheder

1. Soft Robotics

Dette firma er privat noteret, og i 2018 indgik ABB Technological Ventures et partnerskab med Soft Robotics for at fremskynde udviklingen af mikrofluidisk beregning og blød griber til robotter.

Soft Robotics fokuserer på at udvikle mGripAI, en robot med en blød greb til fødevareforarbejdningsindustrien, kombineret med fuld 3D‑vision og AI‑system og bruger ABB’s IRB360 FlexPicker grebsystem.

Kilde: Soft Robotics

Firmaets tilgang kunne potentielt også integrere skum‑fluidik, i betragtning af deres erfaring med at anvende mikrofluidisk teknologi i virkelige applikationer.

Du kan også se mGripAI i aktion i denne video.

Indtil videre er den primære anvendelse af bløde aktuatorer og greb i industrielle processer, især i fødevareindustrien.

På længere sigt bør fremskridt inden for AI, maskinsyn, batteriteknologi og blød robotteknik muliggøre skabelsen af robotter, der kan assistere sygeplejersker, butiksejere, rengøringspersonale og andre opgaver, som i dag er næsten 100 % afhængige af menneskelig arbejdskraft.

Under alle omstændigheder kan vi let se, hvor nyttigt det ville være at have mycelium‑baserede kemiske sensorer til at opdage skadelige forbindelser, fordærvet mad eller andre kemiske signaler, som kan registreres ved berøring med FlexPicker‑grebsystemet.

2. Boston Dynamics

Udviklet som en hovedløs gul hund, Spot, af Boston Dynamics, kan den bestige bakker og navigere trapper. Enheden kostede US$74.500. Den tjente mange formål, fra inspektion af fabrikker, byggepladser og farlige miljøer, til at bestige og endda navigere trapper.

Spot kan nu operere 24 × 7 uden indblanding. Den kan oplade sig selv autonomt og planlægge omkring nye forhindringer dynamisk. Ifølge officielle tal har Spot‑robotter nået mere end 1.000 kunder indtil nu.

Spot henvender sig til en række industrier, herunder fremstilling, energi og naturressourcer, byggeri, akademia og uddannelse samt regering.

Kemiske og/eller lyssensorer baseret på mycelium kunne være en fremragende tilføjelse til en så ultra‑mobil platform.

Efter at Hyundai lukket sin aftale om at overtage Boston Dynamics, ejede den 80 % af virksomheden. SoftBank, gennem en af sine affiliates, havde kontrol over de resterende 20 %.

Boston Dynamics opnåede også enorm internetberømmelse for den radikale fremgang med sin humanoide robot Atlas.

Kilde: Boston Dynamics

Hyundai har altid først været et teknologifirma blandet med en typisk sydkoreansk industri‑konglomeratstruktur (chaebols).

Dette gør det til en ideel kandidat til at omfavne automatisering og robotteknik, især i lyset af Sydkoreas demografiske kollaps (mindre end 0,78 fødsel pr. kvinde). Denne befolkningsnedgang vil kun kunne håndteres ved at automatisere mange af de opgaver, som i dag udføres af mennesker, og multitasking‑polyvalente robotter som dem fra Boston Dynamics kan være nøglen til at opnå dette.

Dette stemmer også overens med Hyundais fremtidsvision og virksomhedsstrategi, med prognoser for “automatiseringsraten vil stige med 78 % og produktiviteten pr. person med 38 %”.