Η άνοδος των βιοϋβριδικών ρομπότ: ρομπότ που ελέγχονται από μύκητες

Η ανάγκη για ρομπότ με ασφαλή και ευέλικτη επαφή

Τα ρομπότ που εργάζονται έξω από ελεγχόμενα εργοστασιακά περιβάλλοντα χρειάζονται ακριβή έλεγχο της κίνησης και ασφαλή επαφή με ανθρώπους και αντικείμενα.

Αυτό απαιτεί κατάλληλους αισθητήρες, συχνά αφής. Η αξιοπιστία σε δύσκολες συνθήκες, το κόστος και τα υλικά των ηλεκτρονικών είναι σημαντικά ζητήματα. Ο όρος είναι «σπάνιες γαίες», όχι «σπάνιοι γαλαξίες», και δεν χρησιμοποιούν όλοι οι αισθητήρες τέτοια υλικά.

Τα βιολογικά συστήματα προσφέρουν παραδείγματα αίσθησης και απόκρισης με κύτταρα, πρωτεΐνες και μεταβολικές διεργασίες.

Η βιομιμητική αξιοποιεί αρχές της φύσης στον σχεδιασμό μηχανών, όπως συζητήσαμε στο άρθρο «Πώς η ρομποτική μπορεί να εμπνευστεί από τη φύση».

Η μαλακή ρομποτική χρησιμοποιεί εύκαμπτους ενεργοποιητές και εξαρτήματα. Σχετικά παραδείγματα παρουσιάζονται στα άρθρα «Πώς η ρευστονική αφρών μπορεί να ωφελήσει τη μαλακή ρομποτική», «Χέρια σαν ανθρώπινα: η προσθετική κατασκευή προωθεί τη μαλακή ρομποτική» και «Μαγνητικές κάψουλες γέλης για τη ρομποτική και την ιατρική».

Μια διαφορετική προσέγγιση είναι η ενσωμάτωση ζωντανών ιστών σε ρομποτικά συστήματα, αντί της απλής απομίμησής τους.

Ερευνητές του Cornell και του Πανεπιστημίου της Φλωρεντίας παρουσίασαν μια τέτοια προσέγγιση στο Science Robotics, με τίτλο «Sensorimotor control of robots mediated by electrophysiological measurements of fungal mycelia». Χρησιμοποίησαν ηλεκτρικά σήματα μυκηλίου για τον έλεγχο ρομπότ. Οι μύκητες δεν παρείχαν την ηλεκτρική ενέργεια στους κινητήρες.

Βιοηλεκτρικά Σήματα των Μυκήτων

Το μυκήλιο αποτελείται από νηματοειδείς υφές. Μπορεί να εμφανίζει ηλεκτρικές μεταβολές που σχετίζονται με τη δραστηριότητά του και με ερεθίσματα του περιβάλλοντος.

Στο συγκεκριμένο πείραμα, η υπεριώδης ακτινοβολία επηρέασε τα σήματα και την κίνηση των ρομπότ. Η χημική ανίχνευση αποτελεί πιθανή μελλοντική εφαρμογή, όχι ήδη αποδεδειγμένη λειτουργία αυτών των πρωτοτύπων.

Διατήρηση ενός Βιορομπότ Ζωντανού

Προηγούμενη έρευνα έχει ενσωματώσει άλλους βιολογικούς ιστούς, όπως εργαστηριακά καλλιεργημένους μυς, σε ρομπότ. Δείτε το «Οι μυϊκοί ενεργοποιητές μπορούν να διευρύνουν τις δυνατότητες των ρομπότ”).

Η διατήρηση ζωντανών ιστών απαιτεί κατάλληλη θερμοκρασία, υγρασία και θρεπτικά συστατικά. Υπάρχει επίσης κίνδυνος μόλυνσης.

Η βλάβη του ιστού μπορεί να μειώσει τη λειτουργικότητα του βιοϋβριδικού συστήματος.

Το μυκήλιο μπορεί να είναι ανθεκτικό σε ποικίλες συνθήκες σε σύγκριση με ορισμένους ζωικούς ιστούς. Δεν είναι όμως άτρωτο στη μόλυνση και εξακολουθεί να χρειάζεται κατάλληλη καλλιέργεια.

Οι μύκητες αποκρίνονται σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος, αλλά κάθε συγκεκριμένη αισθητηριακή λειτουργία πρέπει να αποδεικνύεται πειραματικά.

Τα ηλεκτρικά σήματα μπορούν να καταγράφονται από ηλεκτρονικά κυκλώματα και να μετατρέπονται σε εντολές. Αυτό δημιουργεί υποψήφιους βιοαισθητήρες, όχι τέλειους αισθητήρες χωρίς περιορισμούς.

Πώς λειτουργούν τα ρομπότ με μυκήλιο

Οι ερευνητές καλλιέργησαν μυκήλιο σε μια διάταξη καταγραφής και συνέδεσαν τα ηλεκτρικά του σήματα με τον έλεγχο των κινητήρων. Το σύστημα επεξεργάζεται τις μεταβολές των σημάτων ώστε να καθορίζει την κίνηση.

Η διάταξη περιορίζει τις παρεμβολές από κραδασμούς και ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο που θα δυσκόλευαν την καταγραφή.

Έτσι υποστηρίζει σταθερότερες ηλεκτροφυσιολογικές μετρήσεις κατά την κίνηση των πρωτοτύπων.

Τα πρωτότυπα αποκρίθηκαν σε φως. Οι ερευνητές σχεδιάζουν να εξετάσουν και αποκρίσεις σε χημικά ερεθίσματα.

Μια μελλοντική εφαρμογή θα μπορούσε να είναι η παρακολούθηση του εδάφους για τη γεωργία. Δεν έχει ακόμη αποδειχθεί ότι τα συγκεκριμένα ρομπότ προσδιορίζουν αυτόνομα τις ανάγκες λίπανσης. Σχετικό είναι το άρθρο «Η ρομποτική επεκτείνεται στη γεωργία: τι πρέπει να προσέξουν οι επενδυτές”.

Η ανίχνευση παθογόνων είναι επίσης μια πιθανή κατεύθυνση που απαιτεί ειδική ανάπτυξη και επικύρωση.

Ένα Πολυεπιστημονικό Πεδίο

Η ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων απαιτεί τη συνεργασία πολλών επιστημονικών πεδίων.

«Χρειάζεσαι γνώσεις μηχανολογίας, ηλεκτρονικής, μυκητολογίας, νευροβιολογίας και επεξεργασίας σημάτων. Όλα αυτά τα πεδία συνδυάζονται για την κατασκευή ενός τέτοιου συστήματος».

Anand Mishra, ερευνητής στο Organic Robotics Lab, με επικεφαλής τον Rob Shepherd.

Ο Mishra συνεργάστηκε με τον Bruce Johnson για την καταγραφή των ηλεκτρικών σημάτων και με την Kathie Hodge για την καθαρή καλλιέργεια μυκηλίου και την αποφυγή μόλυνσης κατά την τοποθέτηση ηλεκτροδίων.

Πρώτα Πρωτότυπα

Κατασκευάστηκαν δύο βιοϋβριδικά πρωτότυπα: ένα μαλακό ρομπότ με πόδια και ένα τροχοφόρο.

Πηγή: Cornell University

Τα ρομπότ κινούνταν με βάση τις ηλεκτρικές αιχμές του μυκηλίου. Η έκθεση σε υπεριώδες φως άλλαξε τα σήματα και τον τρόπο κίνησής τους.

Επένδυση στη Βιο- και Μαλακή Ρομποτική

Η μαλακή και η βιοϋβριδική ρομποτική μπορεί να συμβάλουν σε μελλοντικές εφαρμογές φροντίδας, εφοδιαστικής και γεωργίας. Η σημερινή εμπορική ωριμότητα διαφέρει σημαντικά ανά τεχνολογία.

Μετοχές εταιρειών ρομποτικής διατίθενται μέσω χρηματιστών. Στο securities.io υπάρχουν συγκρίσεις για τις ΗΠΑ, τον Καναδά, την Αυστραλία, το Ηνωμένο Βασίλειο, και πολλές άλλες χώρες.

Για ευρύτερη έκθεση στον κλάδο μπορεί κανείς να εξετάσει ETF όπως τα GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT), ή Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), καθώς και το άρθρο «Πέντε ETF ρομποτικής και τεχνητής νοημοσύνης». Οι στρατηγικές, οι χρεώσεις και οι κίνδυνοι διαφέρουν· δεν αποτελούν άμεση επένδυση στα συγκεκριμένα μυκηλιακά πρωτότυπα.

Δείτε επίσης το άρθρο «Δέκα εταιρείες ρομποτικής».

Ρομποτικές Εταιρείες

1. Soft Robotics

Η Soft Robotics ήταν ιδιωτική εταιρεία στο πλαίσιο που περιγράφει το άρθρο. Η ABB Technology Ventures είχε επενδύσει στην ανάπτυξη των τεχνολογιών της. Δεν πρόκειται για ξεχωριστή εισηγμένη μετοχή.

Το mGripAI συνδυάζει μαλακή αρπάγη, τρισδιάστατη όραση και τεχνητή νοημοσύνη για χειρισμό τροφίμων. Τέτοια συστήματα μπορούν να ενσωματώνονται σε βιομηχανικά ρομπότ, όπως το ABB IRB 360 FlexPicker.

Πηγή: Soft Robotics

Η τεχνογνωσία στις μαλακές αρπάγες μπορεί να συνδεθεί με άλλες ερευνητικές προσεγγίσεις. Δεν αποδεικνύει ότι η εταιρεία έχει ήδη ενσωματώσει ρευστονική αφρών ή μυκηλιακούς αισθητήρες.

Στο βίντεο παρουσιάζεται το mGripAI σε λειτουργία.

Σήμερα οι μαλακές αρπάγες χρησιμοποιούνται κυρίως σε βιομηχανικές εργασίες, μεταξύ άλλων στη διαχείριση τροφίμων.

Η πρόοδος στην όραση μηχανών, στην AI και στους ενεργοποιητές μπορεί να διευρύνει τις εφαρμογές. Η αντικατάσταση ανθρώπινης εργασίας δεν είναι αυτόματη και απαιτεί ασφαλή, αξιόπιστα συστήματα.

Μυκηλιακοί χημικοί αισθητήρες θα μπορούσαν μελλοντικά να εξεταστούν για ανίχνευση ουσιών ή αλλοίωσης τροφίμων. Αυτό παραμένει υποθετική εφαρμογή, όχι χαρακτηριστικό του mGripAI που έχει ήδη αποδειχθεί.

2. Boston Dynamics

Το τετράποδο Spot της Boston Dynamics μπορεί να ανεβαίνει σκάλες και να κινείται σε δύσκολους χώρους για επιθεωρήσεις. Η αρχική τιμή που ανακοινώθηκε το 2020 ήταν 74.500 δολάρια, χωρίς να αποτελεί διαχρονική προσφορά ή συνολικό κόστος με εξοπλισμό και υπηρεσίες.

Το Spot μπορεί να εκτελεί προγραμματισμένες αποστολές και, με κατάλληλη υποδομή, να επιστρέφει για φόρτιση. Αυτό δεν εγγυάται απεριόριστη λειτουργία όλο το εικοσιτετράωρο χωρίς ανθρώπινη επίβλεψη ή συντήρηση. Σύμφωνα με δημοσιευμένα στοιχεία της εταιρείας, έχει χρησιμοποιηθεί από πολλούς οργανισμούς· οι αριθμοί πελατών και εγκατεστημένων ρομπότ δεν είναι το ίδιο μέγεθος.

Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν βιομηχανία, ενέργεια, κατασκευές, έρευνα και εκπαίδευση.

Η προσθήκη μυκηλιακών αισθητήρων σε μια τέτοια πλατφόρμα είναι ερευνητική δυνατότητα, όχι ανακοινωμένο εμπορικό χαρακτηριστικό.

Όταν η Hyundai ολοκλήρωσε τη συμφωνία εξαγοράς το 2021, ο όμιλός της απέκτησε ποσοστό 80% και η SoftBank διατήρησε 20% μέσω θυγατρικής.

Η Boston Dynamics είναι επίσης γνωστή για τα ανθρωποειδή ρομπότ Atlas.

Πηγή: Boston Dynamics

Ο όμιλος Hyundai συνδυάζει βιομηχανικές και τεχνολογικές δραστηριότητες, στο πλαίσιο των κορεατικών επιχειρηματικών ομίλων που ονομάζονται chaebol.

Η αυτοματοποίηση μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση ελλείψεων εργατικού δυναμικού, καθώς η Νότια Κορέα έχει πολύ χαμηλή γονιμότητα. Δεν αποτελεί όμως τη μοναδική λύση στις δημογραφικές προκλήσεις.

Η εταιρική στρατηγική περιλαμβάνει φιλοδοξίες για περισσότερη αυτοματοποίηση και υψηλότερη παραγωγικότητα. Τέτοιες προβλέψεις αφορούν συγκεκριμένα σχέδια και δεν εγγυώνται την ίδια βελτίωση σε κάθε εργασία.