Cientistas dos EUA constroem robô que combina fungo e máquina

Um robô com rodas rola pelo chão. Uma estrela robótica de corpo mole dobra suas cinco pernas, movendo-se com um movimento desajeitado.

Alimentados por eletricidade convencional via plugue ou bateria, essas simples criações robóticas seriam irrelevantes, mas o que diferencia esses dois robôs é que eles são controlados por uma entidade viva: um cogumelo ostra-rei.

Cultivando o micélio do cogumelo, ou seja, seus filamentos semelhantes a raízes, no hardware do robô, uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos, projetou dois tipos de robôs que percebem e respondem ao ambiente, aproveitando os sinais elétricos gerados pelo fungo e sua sensibilidade à luz.

Os robôs são a mais recente conquista de cientistas em um campo conhecido como robótica bio-híbrida, que busca combinar materiais biológicos e vivos, como células de plantas e animais ou insetos, com componentes sintéticos para criar entidades parcialmente vivas e parcialmente máquinas.

Os robôs bio-híbridos ainda não saíram do laboratório, mas os pesquisadores esperam que, um dia, águas-vivas robóticas possam explorar oceanos, robôs movidos por esperma possam entregar tratamentos de fertilidade e baratas ciborgues possam procurar sobreviventes após um terremoto.

“Mecanismos, incluindo computação, compreensão e ação como resposta, existem no mundo biológico e no mundo artificial que os humanos criaram, e a biologia, na maioria das vezes, é melhor nisso do que nossos sistemas artificiais”, disse Robert Shepherd, autor sênior de um estudo detalhando os robôs, publicado em 28 de agosto na revista Science Robotics.

“A bio-hibridização é uma tentativa de encontrar componentes no mundo biológico que possamos aproveitar, entender e controlar para ajudar nossos sistemas artificiais a funcionarem melhor”, acrescentou Shepherd, professor de engenharia mecânica e aeroespacial na Universidade de Cornell, que lidera o Laboratório de Robótica Orgânica da instituição.

Parte fungo, parte máquina

A equipe começou cultivando cogumelos ostra-rei (Pleurotus eryngii) no laboratório a partir de um kit simples encomendado online. Os pesquisadores escolheram essa espécie de cogumelo porque cresce fácil e rapidamente.

Eles cultivaram as estruturas filamentosas do cogumelo, ou micélio, que podem formar redes que, segundo o estudo, podem sentir, comunicar e transportar nutrientes — funcionando um pouco como neurônios em um cérebro. Infelizmente, não é estritamente correto chamar essas criações de “robôs de cogumelo”. O cogumelo é o fruto do fungo – os robôs são movidos pelo micélio semelhante a raízes.

O micélio produz pequenos sinais elétricos e pode ser conectado a eletrodos.

Andrew Adamatzky, professor de computação não convencional na University of the West of England, em Bristol, na Inglaterra, que constrói computadores de fungos, disse que não está claro como os fungos produzem sinais elétricos.

“Ninguém sabe ao certo”, disse Adamatzky, que não esteve envolvido na pesquisa, mas a revisou antes da publicação.

“Essencialmente, todas as células vivas produzem picos semelhantes ao potencial de ação, e os fungos não são exceções.”

A equipe de estudo encontrou dificuldades para projetar um sistema que pudesse detectar e usar os pequenos sinais elétricos dos micélios para comandar o robô.

“Você precisa garantir que o eletrodo toque na posição certa porque os micélios são muito finos. Não há muita biomassa ali”, disse o autor principal Anand Mishra, pesquisador associado de pós-doutorado no Laboratório de Robótica Orgânica de Cornell. “Então, você os cultiva, e quando os micélios começam a crescer, eles se envolvem ao redor do eletrodo.”

Mishra projetou uma interface elétrica que lê com precisão a atividade elétrica bruta dos micélios, processa e a converte em informações digitais que podem ativar os atuadores do robô ou partes móveis.

Os robôs foram capazes de andar e rolar em resposta aos picos elétricos gerados pelos micélios, e quando Mishra e seus colegas estimularam os robôs com luz ultravioleta, eles mudaram seu ritmo e trajetória, mostrando que eram capazes de responder ao ambiente.

“Cogumelos realmente não gostam de luz”, disse Shepherd. “Com base na diferença de intensidades (da luz), você pode obter diferentes funções do robô. Ele se moverá mais rápido ou se afastará da luz.”

Trabalho “empolgante”

É empolgante ver mais trabalhos em robótica bio-híbrida que vão além de tecidos humanos, animais e insetos, disse Victoria Webster-Wood, professora associada do Grupo de Robótica Bio-híbrida e Orgânica da Universidade Carnegie Mellon, em Pittsburgh, nos Estados Unidos.

“Os fungos podem ter vantagens sobre outras abordagens bio-híbridas em termos das condições necessárias para mantê-los vivos”, disse Webster-Wood, que não esteve envolvida na pesquisa.

“Se eles forem mais robustos às condições ambientais, isso pode torná-los um excelente candidato para robôs bio-híbridos para aplicações em agricultura e monitoramento ou exploração marinha.”

O estudo observou que os fungos podem ser cultivados em abundância e podem prosperar em muitos ambientes diferentes.

Os pesquisadores operaram o robô com rodas sem um cabo conectando-o ao hardware elétrico, um feito que Webster-Wood considerou particularmente notável.

“Robôs bio-híbridos verdadeiramente sem cabos são um desafio na área”, disse ela por e-mail, “e vê-los alcançarem isso com o sistema de micélio é bastante empolgante.”

Robótica bio-híbrida no mundo real

A tecnologia controlada por fungos pode ter aplicações na agricultura, disse Shepherd.

“Nesse caso, usamos a luz como entrada, mas no futuro será química. O potencial para futuros robôs poderia ser detectar a química do solo em culturas em linha e decidir quando adicionar mais fertilizante, por exemplo, talvez mitigando os efeitos posteriores da agricultura, como proliferação de algas nocivas”, ele disse ao *Cornell Chronicle*.

Robôs controlados por fungos, e a computação por fungos de forma mais ampla, têm um enorme potencial, de acordo com Adamatzky.

Ele disse que seu laboratório produziu mais de 30 dispositivos de sensoriamento e computação usando fungos vivos, incluindo o cultivo de uma pele autossuficiente para robôs que pode reagir à luz e ao toque.

“Quando um sistema de transmissão adequado for fornecido, o robô pode, por exemplo, monitorar a saúde de sistemas ecológicos. O controlador fúngico reagiria a mudanças, como poluição do ar, e guiaria o robô de acordo”, disse Adamatzky por e-mail.

“O surgimento de mais um dispositivo fúngico, um controlador robótico, demonstra de forma empolgante o notável potencial dos fungos.”

Rafael Mestre, professor da Escola de Eletrônica e Ciência da Computação da Universidade de Southampton, no Reino Unido, que trabalha nas implicações sociais, éticas e políticas de tecnologias emergentes, disse que, se os robôs bio-híbridos se tornarem mais sofisticados e forem implantados no oceano ou em outro ecossistema, isso poderia perturbar o habitat, desafiando a distinção tradicional entre vida e máquina.

“Você está colocando essas coisas na cadeia trófica de um ecossistema em um lugar onde elas não deveriam estar”, disse Mestre, que não esteve envolvido no novo estudo. “Se você liberar em grande número, isso pode ser disruptivo. Eu não vejo, neste momento, que esta pesquisa em particular tenha fortes preocupações éticas. Mas, se continuar a se desenvolver, acho que é crucial considerar o que acontece quando liberamos isso ao ar livre.”

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