A ascensão dos robôs bio-híbridos: fungos controlam seus movimentos

A Necessidade de Robôs com Contato Delicado

Para operar fora de ambientes controlados, como fábricas, muitos robôs precisam interagir delicadamente com pessoas e objetos e controlar seus movimentos com precisão.

Isso pode exigir sensores táteis sensíveis e sistemas eletrônicos capazes de funcionar por longos períodos. Custo, robustez e manutenção são desafios, mas nem todo sensor utiliza terras raras ou materiais particularmente poluentes.

Os sistemas biológicos também percebem e respondem ao ambiente por meio de processos celulares, envolvendo proteínas, íons, nutrientes e outras estruturas.

Uma linha de pesquisa busca inspiração na biologia para melhorar os robôs. A biomimética reproduz princípios e estruturas naturais com materiais artificiais, como discutimos em “Como a Robótica Pode Se Inspirar na Natureza”.

Outra abordagem é a robótica flexível, que utiliza atuadores e superfícies deformáveis, por vezes produzidos por impressão 3D, como descrevemos em “Espuma fluídica pode beneficiar a robótica flexível”, “Mãos semelhantes às humanas: nova fabricação aditiva aproxima a robótica flexível da realidade” e “Cápsulas de Gel Magnético Podem Avançar Tanto a Robótica quanto a Medicina”.

Uma terceira abordagem integra tecidos vivos a componentes artificiais, formando sistemas bio-híbridos.

Pesquisadores da Universidade Cornell, nos Estados Unidos, e da Universidade de Florença, na Itália, demonstraram essa abordagem em um artigo da Science Robotics intitulado “Controle sensorimotor de robôs mediado por medições eletrofisiológicas de micélio fúngico”. Eles utilizaram sinais elétricos do micélio de fungos para influenciar o movimento de robôs. Os fungos forneciam sinais de controle, não a energia necessária aos motores.

Sinais Bioelétricos dos Fungos

Os fungos são organismos complexos. Seu micélio, formado por filamentos chamados hifas, pode apresentar atividade elétrica e responder a estímulos do ambiente.

Mudanças na iluminação, por exemplo, podem alterar esses sinais. Isso motivou a investigação do micélio como componente sensorial de máquinas.

Mantendo um Biorobô Vivo

Pesquisas anteriores já haviam integrado tecidos biológicos a robôs, incluindo músculos cultivados em laboratório, como discutimos em “Atuadores Baseados em Músculo Podem Maximizar o Potencial das Soluções Robóticas”.

Manter esses tecidos vivos dentro de uma estrutura robótica é um desafio. Temperatura, umidade, nutrientes e contaminação precisam ser controlados.

Se o tecido muscular perder sua função, o movimento do robô pode ser comprometido.

Alguns fungos toleram condições ambientais variadas, o que os torna candidatos interessantes para sistemas bio-híbridos. Isso não significa que sobrevivam a qualquer ambiente ou dispensem proteção e cuidados.

O micélio pode responder a diferentes estímulos. Cada aplicação sensorial, porém, precisa ser demonstrada e calibrada.

Seus sinais bioelétricos podem ser registrados por eletrodos e convertidos em comandos eletrônicos. A seletividade, a estabilidade e a manutenção continuam sendo desafios de pesquisa.

Como Funcionam os Robôs Fúngicos

Os pesquisadores cultivaram micélio junto a uma interface eletrônica. Um controlador convertia padrões de atividade elétrica em comandos para os atuadores do robô; isso não demonstra que o fungo tenha aprendido a pilotar.

A interface foi projetada para reduzir a interferência eletromagnética e os efeitos das vibrações sobre a medição dos sinais.

Isso permitiu registrar a atividade durante operações móveis sem conexão física externa, um avanço para esse tipo de sistema experimental.

Os protótipos reagiram a estímulos luminosos. A detecção de substâncias químicas foi apresentada como uma possível direção futura, não como uma aplicação já validada.

Uma aplicação hipotética seria monitorar a química do solo para orientar a adubação. Antes disso, seria necessário demonstrar que os sinais distinguem os compostos e concentrações relevantes. Discutimos a robótica agrícola em “Investidores Devem Prestar Atenção: A Robótica Está Dominando a Agricultura”.

A detecção de patógenos é outra possibilidade de pesquisa, ainda dependente de validação específica.

Um Campo Multidisciplinar

A robótica bio-híbrida reúne disciplinas e técnicas que ainda têm pouca padronização.

“É preciso conhecimento de engenharia mecânica, eletrônica, micologia, neurobiologia e processamento de sinais. Todas essas áreas se encontram na construção desse tipo de sistema.”

Anand Mishra — pesquisador do Laboratório de Robótica Orgânica, liderado por Rob Shepherd.

Mishra colaborou com Bruce Johnson, pesquisador de neurobiologia e comportamento, no registro dos sinais elétricos. Também trabalhou com Kathie Hodge, professora de biologia de plantas e microrganismos, no cultivo do micélio e no controle de contaminação. A introdução de eletrodos no fungo exige cuidados mesmo quando o organismo é relativamente resistente.

Primeiros Protótipos

A equipe construiu dois protótipos bio-híbridos: um robô flexível com pernas e um robô com rodas.

Fonte: Cornell University

Os dois se moviam em resposta a picos de atividade elétrica do micélio. A exposição à luz ultravioleta alterava os sinais e, consequentemente, o movimento. Os pesquisadores também podiam substituir o sinal biológico por comandos de controle.

Investindo em Bio- e Robótica Suave

Robôs flexíveis e bio-híbridos podem ampliar as formas de interação com pessoas, mercadorias e cultivos. Entretanto, o crescimento geral da robótica não garante a adoção comercial de sensores fúngicos.

Você pode investir em empresas relacionadas a robótica através de várias corretoras, e pode encontrar aqui, em securities.io, nossas recomendações para as melhores corretoras nos EUA, Canadá, Austrália, Reino Unido, bem como em muitos outros países.

Para obter exposição a várias empresas, é possível examinar ETFs como GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT) ou Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), além dos fundos apresentados no artigo “Os cinco melhores ETFs de robótica e inteligência artificial para investir”. A diversificação não elimina os riscos do mercado e do setor.

Também é possível consultar nosso artigo sobre as “10 Melhores Empresas de Robótica”.

Empresas de Robótica

1. Soft Robotics

A Soft Robotics era uma empresa privada, não uma companhia “listada privadamente”. A ABB Technology Ventures foi investidora e parceira da empresa, relação descrita pela ABB em 2018.

A empresa desenvolveu o mGripAI, que combinava garras flexíveis, visão tridimensional e inteligência artificial para manipulação de alimentos, inclusive em sistemas com robôs ABB. Em agosto de 2024, anunciou a mudança de nome para Oxipital AI e a venda do negócio de garras, passando a concentrar-se em visão e IA.

Fonte: Soft Robotics

A experiência anterior com mecanismos flexíveis pode inspirar outras soluções. Uma integração com espuma fluídica ou sensores fúngicos seria uma hipótese de pesquisa, não um produto anunciado.

O vídeo a seguir apresenta o mGripAI.

Atuadores e garras flexíveis já são utilizados em processos industriais, sobretudo na manipulação de alimentos.

Avanços em IA, visão computacional, baterias e robótica flexível podem permitir novas aplicações de assistência. O prazo e a abrangência dessa adoção permanecem incertos.

Sensores baseados em micélio poderiam ser investigados para detectar compostos ou deterioração de alimentos, mas seria necessário comprovar seletividade, rapidez, higiene e durabilidade antes do uso comercial.

2. Boston Dynamics

O Spot, robô quadrúpede da Boston Dynamics, pode subir rampas, percorrer escadas e realizar inspeções em fábricas, obras e ambientes de risco. O preço inicial de US$ 74.500 divulgado para versões anteriores não representa necessariamente o custo de uma configuração de 2024.

O Spot pode executar missões programadas e recarregar-se automaticamente com os acessórios adequados. Isso não significa que possa operar indefinidamente sem manutenção, supervisão ou limites ambientais. Segundo informações da empresa, sua base de clientes já ultrapassava mil organizações no período citado.

Suas aplicações incluem manufatura, energia, recursos naturais, construção, pesquisa, educação e serviços públicos.

Um sensor químico ou luminoso baseado em micélio poderia ser uma futura carga útil experimental, não uma integração comercial demonstrada.

Depois que a Hyundai concluiu a aquisição de uma participação na Boston Dynamics em 2021, passou a deter 80%, enquanto uma afiliada da SoftBank manteve os 20% restantes.

A Boston Dynamics também ganhou notoriedade pelas demonstrações de seu robô humanoide Atlas.

Fonte: Boston Dynamics

A Hyundai integra um grande grupo industrial sul-coreano, com atividades em automóveis e outras tecnologias, estrutura frequentemente associada aos chaebols.

Esse contexto contribui para seu interesse em automação. Outro fator é a baixa fecundidade da Coreia do Sul, cuja taxa foi de 0,78 filho por mulher em 2022 e caiu para 0,72 em 2023. A automação pode ajudar a enfrentar a redução da força de trabalho, mas não é a única resposta possível nem resolve todos os efeitos demográficos.

Essa orientação também aparece em projeções citadas pela Hyundai, como “a taxa de automação aumentar em 78% e a produtividade por pessoa em 38%”. Essas projeções dependem do contexto e não garantem resultados para todos os setores ou empresas.