今天小編分享的科學經驗：用杏鮑菇控制機器人運動！康奈爾等新研究登Science子刊，歡迎閱讀。
What ……控制機器人的工具，竟然可以是蘑菇？
有視頻為證，這個長得像海星，在桌面上走來走去的機器人，裡面就裝上了一顆 " 蘑菇大腦 "。
這是一項來自美國康奈爾大學和意大利佛羅倫薩大學的正經仿生學研究，已經登上了 Science 子刊。
他們建立了生物和機器人之間的一種 " 通信接口 "，用蘑菇體内的電脈衝作為控制機器人的信号。
下面就來詳細了解 ~
捕捉電信号，控制機器人
為了能用真菌產生的生物信号作為機器人的控制信号，研究人員開發了一種菌絲體電接口，可以進行長期穩定的生物電捕捉和記錄。
用于捕捉信号的電極，和菌絲體培養皿一同被置于專門設計的 3D 打印支架上。
實驗中，研究人員選用的真菌名叫刺芹側耳（學名 Pleurotus eryngii），當然它還有一個我們更熟悉的名字叫做——杏鮑菇。
作者将菌種接種于馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）培養基上，放入支架固定的培養皿内 , 在 25 ° C 下培養。
培養皿分（直徑）60mm 和 150mm 兩種尺寸，分别培養約 3 周和 5 周，直到菌絲體完全長滿培養皿。
在培養過程中和培養完成後，作者對菌絲產生的電信号進行了持續記錄。
記錄之前，研究者将不鏽鋼針電極插入支架的電極固定槽，兩個記錄電極平行放置，間距 10mm，距培養基表面 10-11mm；參考電極與記錄電極垂直，距表面 1mm。
為了屏蔽外界電磁幹擾，研究人員将裝有菌絲體和電極的支架置于自制的法拉第籠内，以 10S/s 的采樣率記錄電信号，持續 30 餘天。
對采集到的原始電信号數據，研究者用 Python 進行了分析處理——
首先，作者将幅值小于 5 μ V 的信号作為噪聲剔除，然後進行了平滑去噪和三階多項式拟合。
之後使用 SciPy 庫中的相應函數檢測電位尖峰并尖峰半高寬（即持續時間），最後對提取出的尖峰按幅值、寬度等參數進行統計分析，繪制直方圖等圖表。
分析發現，菌絲體在整個培養期内能夠穩定產生自發的電位尖峰，平均幅值約 135 μ V，最大幅值 1868 μ V，平均頻率約 0.12 次 / 秒。
為了研究光照對菌絲體電活動的影響，研究者使用汞燈系統，通過光纖和準直器将紫外光垂直照射在菌絲體上表面，光斑直徑約 1cm。
作者測試了不同光強度（0.1-1W/cm ²）、照射距離（12-20cm）和照射時間（2-12 秒）的組合。
結果表明，紫外光照可誘發幅值高達 18000 μ V、持續時間約 4 秒的電位尖峰，藍光也有類似效果但幅值較低，紅光和白光則未觀察到明顯效果。
在了解了真菌產生電信号以及受光照影響的規律後，研究人員用其利產生的節律性正負電位尖峰信号，實現了機器人的控制。
具體來說，他們設計了一個柔性多足步行機器人（也就是開頭看到的 " 海星 "），将菌絲體產生的電信号經過阈值檢測等處理，轉化為數字控制信号，通過 Arduino 單片機輸出 PWM 波控制氣動閥和直流電機。
實驗表明，菌絲體可以穩定控制機器人持續運動數十分鍾。
當用紫外光刺激菌絲體時，機器人的運動狀态也随之發生改變，實現了機器人的實時控制。
蘑菇并未產生意識，但 " 生物傳感器 " 值得研究
對于這項研究的意義，康奈爾大學機械與航空航天工程教授 Rob Shepherd 表示：
通過将菌絲體培養到機器人的電子器件中，我們能夠讓生物混合機器感知環境并做出響應。
未來機器人的潛力可能是感知中耕作物的土壤化學成分，并決定何時添加更多肥料。
英國《獨立報》更是将其描繪為蘑菇 " 學會了爬行 "。
不過對這一說法，有網友在仔細讀了論文後表示了質疑。
研究者只是構建了一套真菌的電活動與機器人運動之間的對應規則，而不是真菌（產生了意識）控制了機器人。
蘑菇 " 學會了爬行 " 這個說法也不準确，因為它們并沒有真正意義上 " 學 " 到任何東西。
但如果像 Rob Shepherd 教授所說，能夠建立起環境 - 生物 - 機器之間的控制鏈條，那麼作為 " 傳感器 " 的生物有沒有意識，也就不是關鍵問題。
還有人腦洞大開，表示蘑菇在這裡仿佛發揮的是一個随機數生成器的作用，甚至有人好奇是不是真的能當随機數生成器來用……
論文地址：
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adk8019
參考鏈接：
[ 1 ] https://www.independent.co.uk/tech/robot-mushroom-biohybrid-robotics-cornell-b2606970.html
[ 2 ] https://news.ycombinator.com/item?id=41451668
