Framväxten av svamprobotar: Svampdrivna robotar är här

Behovet av mjuka robotar

Robotar som ska arbeta utanför kontrollerade fabriksmiljöer behöver ofta kunna hantera känsliga föremål och styra rörelserna noggrant.

Det kan kräva känsliga beröringssensorer och robust elektronik. Kostnad, materialval och tillförlitlighet beror på konstruktionen; alla sådana sensorer behöver inte sällsynta jordartsmetaller.

Biologiska system känner samtidigt av sin omgivning med levande vävnader. Dessa kräver näring och lämpliga förhållanden för att fungera.

Forskare hämtar därför inspiration från biologin för att utveckla robotar. Att efterlikna naturens strukturer och funktioner kallas biomimetik. Vi beskrev detta i ”Hur robotik kan ta inspiration från naturen”.

Mjuk robotik använder flexibla material i exempelvis gripdon och ställdon, ibland tillverkade med 3D-utskrift. Se artiklarna ”Mjuk robotik kan dra nytta av skumfluidik”, ”Händer som människans: additiv tillverkning för mjuk robotik” och ”Magnetiska gelkapslar kan driva både robotik och medicin framåt”.

En annan möjlighet är att integrera levande biologisk vävnad med robotens elektronik och mekanik.

Forskare vid Cornell University i USA och universitetet i Florens i Italien visade ett sådant system i Science Robotics. Artikeln heter ”Sensorimotorisk kontroll av robotar medierad av elektrofysiologiska mätningar av svampmycel” och beskriver hur elektriska signaler från svampmycel kan användas för att styra robotrörelser.

Svampens bioelektriska signaler

Svampar är komplexa organismer. Mycelet är ett nätverk av tunna trådar, hyfer, vars elektriska aktivitet kan förändras vid yttre stimuli.

I försöken kunde ljus påverka dessa signaler. Forskarna såg också framtida möjligheter att använda kemisk känslighet för biosensorer i robotar.

Att hålla en biorobot vid liv

Tidigare forskning har integrerat biologisk vävnad i robotar, exempelvis odlade muskler. Se ”Muskelförsedda aktuatorer kan maximera potentialen för robotiska lösningar”.

Levande vävnader behöver rätt temperatur, fuktighet och näring. Kontamination kan försämra deras funktion, vilket ställer särskilda krav på biohybrida system.

Om muskelvävnad skadas eller förlorar sin funktion påverkas också robotens rörelseförmåga.

Svampmycel kan vara tåligare än vissa andra biologiska komponenter. Det är dock inte immunt mot uttorkning, kontamination eller andra ogynnsamma förhållanden.

Svampar reagerar på sin omgivning, bland annat ljus och kemiska ämnen. Vilka signaler som går att använda behöver prövas för varje sensor och tillämpning.

Mycelets elektriska aktivitet kan registreras och omvandlas till styrsignaler. Detta är en lovande försöksmetod, inte en färdig eller felfri biosensor för alla miljöer.

Hur svamprobotar fungerar

Forskarna odlade mycel i ett elektriskt registreringsgränssnitt och använde ett styrsystem som kopplade signalerna till robotens rörelser. Det innebär inte nödvändigtvis att ett AI-system tränades för att förstå svampen.

Gränssnittet utformades för att minska störningar från vibrationer och elektromagnetiska fält vid mätning av de svaga signalerna.

Systemet möjliggjorde elektrofysiologiska registreringar medan roboten rörde sig utan extern kabel. Det är ett experimentellt framsteg, inte ett löfte om obegränsad drifttid.

Prototyperna reagerade på ljus. Kemiska stimuli var ett tänkt nästa steg i forskningen.

På sikt skulle sådana sensorer kunna hjälpa till att undersöka markkemi och gödselbehov. Försöken visade ännu inte en färdig jordbruksrobot. Vi diskuterade jordbruksrobotik i ”Robotik i jordbruket: tillämpningar att följa”.

Att upptäcka sjukdomsframkallande organismer är en annan möjlig forskningsinriktning, men demonstrerades inte som en färdig funktion.

Ett tvärvetenskapligt fält

Biohybrid robotik förenar flera specialområden. Metoder och standarder utvecklas fortfarande.

Anand Mishra beskrev hur arbetet krävde kunskaper inom maskinteknik, elektronik, mykologi, neurobiologi och signalbehandling.

Anand Mishra — forskare vid Organic Robotics Lab under ledning av Rob Shepherd.

Mishra samarbetade med Bruce Johnsonom registrering av mycelets elektriska signaler och med Kathie Hodgeom rena svampkulturer och hur kontamination undviks när elektroder förs in. Även svampmycel behöver alltså skyddas mot föroreningar.

De första prototyperna

Teamet byggde två biohybrida robotar: en mjuk, spindelliknande robot med ben och en robot med hjul.

Källa: Cornell University

Robotarnas gång och rullning styrdes med utgångspunkt i mycelets naturliga elektriska pulser. Rörelserna ändrades vid ultraviolett ljus. Motorerna fick sin energi från robotens strömförsörjning; svampen gav styrsignaler, inte drivenergi.

Investering i bio- och mjukrobotik

Mjuk och biohybrid robotik kan få betydelse i exempelvis lager, jordbruk och vård. Varje användningsområde kräver egna säkerhets- och tillförlitlighetstester.

Aktier i robotikföretag kan handlas genom olika mäklare. På securities.iofinns jämförelser av mäklare i USA, Kanada, Australien, Storbritannien, såväl som många andra länder.

Den som söker bredare exponering kan också undersöka robotikfonder som GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT), eller Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO), samt läsa vår artikel ”5 bästa robotik‑ och artificiell intelligens‑ETF:erna att investera i”. Fonder kan sprida investeringar mellan företag, men har olika innehav, avgifter och risker.

Se också artikeln ”10 bästa robotikföretagen”.

Robotföretag

1. Soft Robotics

Soft Robotics var ett privat företag. I augusti 2024 meddelade det att verksamheten med mjuka gripdon såldes till Schmalz och att företaget bytte namn till Oxipital AI med fokus på AI-baserad maskinsyn.

Det tidigare systemet mGripAI kombinerade mjuka gripdon, 3D-seende och AI för bland annat livsmedelshantering. Det kunde integreras med industrirobotar, men använde inte svampbaserade sensorer i det här forskningsprojektet.

Källa: Soft Robotics

Erfarenhet av mjuka gripdon visar inte i sig att företaget har infört skumfluidik eller svampmycel. Dessa tekniker måste bedömas var för sig.

Videon visar ett historiskt exempel på mGripAI i arbete.

Mjuka gripdon används bland annat för att hantera känsliga produkter i livsmedelsindustrin.

Framsteg inom maskinsyn, AI, material och energiförsörjning kan stödja fler arbetsuppgifter. Robotar inom vård och service behöver samtidigt prövas för de särskilda kraven där.

Kemiska sensorer med mycel skulle på sikt kunna hjälpa till att upptäcka vissa ämnen i livsmedel eller miljön. Studien visade inte att sådan detektion hade integrerats i FlexPicker eller att dess träffsäkerhet var fastställd.

2. Boston Dynamics

Den fyrbenta roboten Spot utvecklades av Boston Dynamicsoch kan bland annat klättra i trappor och utföra vissa inspektionsuppgifter. Grundpriset vid lanseringen 2020 var 74 500 amerikanska dollar; tillbehör och anpassning kostar extra.

Vissa konfigurationer av Spot kan ladda automatiskt och genomföra planerade uppdrag med hinderhantering. Underhåll, inställningar och tillsyn behövs fortfarande; detta innebär inte oavbruten drift utan mänsklig medverkan. Boston Dynamics uppgav attöver 1 000 Spot-robotar var i bruk hos kunder 2022. Det avser antalet robotar, inte nödvändigtvis antalet kunder.

Användningsområden omfattar tillverkning, energi, byggverksamhet, forskning, utbildning och vissa myndighetsuppgifter.

Svampbaserade sensorer på en sådan plattform är en möjlig framtida forskningsidé, inte en demonstrerad kommersiell Spot-funktion.

När Hyundai slutförde förvärvet 2021 fick Hyundai Motor Group 80% av Boston Dynamics. Ett dotterbolag till SoftBank behöll 20%. Detta beskriver den historiska affären.

Boston Dynamics är också känt för utvecklingen av den humanoida roboten Atlas.

Källa: Boston Dynamics

Hyundai ingår i Sydkoreas industriella företagsstruktur, där stora företagsgrupper ofta kallaschaebol.

En åldrande befolkning och brist på arbetskraft kan öka intresset för automatisering. I Sydkorea var fruktsamhetstalet 0,78 barn per kvinna 2022. Automatisering är en möjlig del av samhällets anpassning, men inte den enda lösningen eller en garanti för att hantera demografiska förändringar.

Robotik passar in i delar av Hyundais strategi. Prognoser som ”78% högre automatiseringsgrad och 38% högre produktivitet per person” måste knytas till en bestämd plan, anläggning och tidsperiod. De är inte generella, redan uppnådda resultat för hela koncernen.