杏鲍菇操控机器人，康奈尔新研究登上Science子刊

令人难以置信的是，控制机器人的工具竟然会是蘑菇？

一段视频证实了这一点，展示了这个外形酷似海星并在桌面自由移动的机器人，其内部装载着一种特别的“蘑菇大脑”。

这项由美国康奈尔大学和意大利佛罗伦萨大学合作开展的研究项目，已经在Science的一份期刊上发表。

该研究创建了一种生物与机器人之间的“通讯接口”，利用蘑菇体内的电脉冲作为机器人控制信号。

下面让我们深入探究一下。

利用生物信号，操控机器人

为了实现将真菌生成的生物信号转化为机器人控制信号的目标，科学家们开发了一种能够长时间稳定捕捉并记录生物电流的菌丝体电接口。

在实验中，信号捕捉电极与菌丝体培养皿一起放置在一个特制的3D打印支架上。

研究团队选择了刺芹侧耳（学名Pleurotus eryngii），也就是我们熟知的杏鲍菇，作为实验对象。

将菌种接种在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基上，并置于支架固定的培养皿中，在25°C条件下进行培养。

培养皿有两种规格，分别是直径60毫米和150毫米，分别培养大约3周和5周，直至菌丝体覆盖整个培养皿。

培养期间及完成后，研究者持续监测了菌丝体产生的电信号。

记录前，研究者将不锈钢针电极插入支架上的电极固定槽中，两个记录电极平行设置，间距10毫米，离培养基表面10-11毫米；参考电极则垂直放置，距离表面1毫米。

为了减少外部电磁干扰，实验装置被置于自制的法拉第笼中，以每秒10次的速率记录信号，持续超过一个月。

采集到的原始电信号数据通过Python进行了处理——

首先，将小于5微伏的信号视为噪声去除，随后进行平滑去噪及三阶多项式拟合。

接着使用SciPy库的相关函数检测电位尖峰及其持续时间，并对这些尖峰按照幅值、宽度等参数进行统计分析，绘制出直方图等图表。

结果显示，菌丝体能够在整个培养期稳定地产生自发电位尖峰，平均幅值约为135微伏，最大幅值可达1868微伏，平均频率约为每秒0.12次。

为了探究光照对菌丝体电活动的影响，研究者利用汞灯系统，通过光纤和准直器将紫外线垂直照射在菌丝体表面，光斑直径约为1厘米。

研究测试了不同强度（0.1至1瓦/平方厘米）、距离（12至20厘米）及时间（2至12秒）的光照条件。

结果表明，紫外线可诱导出高达18000微伏且持续约4秒的电位尖峰，而蓝光也有类似效果但幅值较低，红光和白光则未见显著效应。

了解了真菌电信号生成及其对光照反应的规律后，研究者利用这些节律性的正负电位尖峰信号来控制机器人。

具体而言，他们设计了一个柔性多足步行机器人，通过阈值检测等方式将菌丝体发出的电信号转换成数字控制信号，再经由Arduino单片机输出PWM波控制气动阀和直流电机。

实验证明，菌丝体可以持续控制机器人运行数十分钟。

当紫外线刺激菌丝体时，机器人的动作模式随之改变，从而实现了对机器人的实时控制。

蘑菇尚未产生意识，但“生物传感器”的应用前景广阔

谈及这项研究的重要性，康奈尔大学机械与航空航天工程教授Rob Shepherd表示：

英国《独立报》更是形象地称其为蘑菇“学会了行走”。

然而，一些读者在详读论文后对此提出了异议。

蘑菇“学会了行走”这样的说法并不准确，因为它们实际上并没有“学会”任何东西。

如果正如Rob Shepherd教授所言，能够建立环境-生物-机器之间的控制链，那么生物传感器是否有意识就变得不再重要。

此外，还有人展开想象，认为蘑菇在这里似乎充当了一个随机数生成器的角色，甚至有人提出是否真的可以用作随机数生成器的想法……