Svampetøj og enheder:Biomaterialer baner vejen mod science fiction-fremtiden

Svampe er blandt verdens ældste og mest ihærdige organismer. De viser nu store løfter om at blive et af de mest nyttige materialer til fremstilling af tekstiler, gadgets og andre byggematerialer. Det fælles forskningsprojekt udført af University of the West of England, Bristol, U.K. (UWE Bristol) og samarbejdspartnere fra Mogu S.r.l., Italien, Istituto Italiano di Tecnologia, Torino, Italien og Det Datavidenskabelige Fakultet, Multimedier og telekommunikation fra Universitat Oberta de Catalunya (UOC) har vist, at svampe har utrolige egenskaber, der giver dem mulighed for at fornemme og behandle en række eksterne stimuli, såsom lys, strække, temperatur, tilstedeværelsen af ​​kemiske stoffer og endda elektriske signaler.

Dette kunne være med til at bane vejen for fremkomsten af ​​nye svampematerialer med et væld af interessante egenskaber, herunder bæredygtighed, holdbarhed, reparationsevne og tilpasningsevne. Ved at udforske potentialet af svampe som komponenter i bærbare enheder, undersøgelsen har verificeret muligheden for at bruge disse biomaterialer som effektive sensorer med uendelige anvendelsesmuligheder.

Svampe for at gøre smarte wearables endnu smartere

Det er usandsynligt, at folk tænker på svampe som et passende materiale til fremstilling af gadgets, især smarte enheder såsom skridttællere eller mobiltelefoner. Bærbare enheder kræver sofistikerede kredsløb, der forbinder til sensorer og har i det mindste en vis computerkraft, hvilket opnås gennem komplekse procedurer og specielle materialer. Det her, groft sagt, er det, der gør dem "smarte". Samarbejdet mellem Prof. Andrew Adamatzky og Dr. Anna Nikolaidou fra UWE Bristol's Unconventional Computing Laboratory, Antoni Gandia, Chief Technology Officer hos Mogu S.r.l., Prof. Alessandro Chiolerio fra Istituto Italiano di Tecnologia, Torino, Italien og Dr. Mohammad Mahdi Dehshibi, forsker med UOC's Scene Understanding and Artificial Intelligence Lab (SUNAI) har vist, at svampe kan tilføjes til listen over disse materialer.

Ja, den seneste undersøgelse, med titlen "Reactive fungal wearable" og med i Biosystemer , analyserer østerssvamp Pleurotus ostreatus' evne til at mærke miljøstimuli, der kunne komme, for eksempel, fra menneskekroppen. For at teste svampens reaktionsevne som biomateriale, undersøgelsen analyserer og beskriver dens rolle som en biosensor med evnen til at skelne mellem kemiske, mekaniske og elektriske stimuli.

"Svampe udgør de største, mest udbredte og ældste gruppe af levende organismer på planeten, " sagde Dehshibi, hvem tilføjede, "De vokser ekstremt hurtigt og binder sig til det underlag, du kombinerer dem med." Ifølge UOC-forskeren, svampe er endda i stand til at behandle information på en måde, der ligner computere.

"Vi kan omprogrammere en geometri og grafteoretisk struktur af mycelium-netværkene og derefter bruge svampens elektriske aktivitet til at realisere computerkredsløb, " sagde Dehshibi, tilføjer, at "Svampe reagerer ikke kun på stimuli og udløser signaler i overensstemmelse hermed, men giver os også mulighed for at manipulere dem til at udføre beregningsopgaver, med andre ord, at behandle oplysninger." Som et resultat, muligheden for at skabe rigtige computerkomponenter med svampemateriale er ikke længere ren science fiction. Faktisk, disse komponenter ville være i stand til at opfange og reagere på eksterne signaler på en måde, som aldrig er set før.

Hvorfor bruge svampe?

På overfladen, svampe kan synes at udgøre mere end et par store problemer. De skal passes, de nedbrydes, de er kun lidt modstandsdygtige, de kan producere lugte, og så videre. Imidlertid, de fleste af disse problemer er allerede overvundet... og med glans. Forskeren sagde:"Generelt set, arbejde med levende organismer medfører visse vanskeligheder." Med det i tankerne, og efter at have analyseret alle deres muligheder, holdet valgte til sidst Basidiomycetes, en opdeling af svamperiget, for deres studie.

Disse svampe har mindre at gøre med sygdomme og andre problemer forårsaget af deres pårørende, når de dyrkes indendørs. Hvad mere er, ifølge Dehshibi, myceliumbaserede produkter bruges allerede kommercielt i byggeriet. Han sagde:"Du kan støbe dem til forskellige former, som du ville med cement, men for at udvikle et geometrisk rum behøver du kun mellem fem dage og to uger. De har også et lille økologisk fodaftryk. Faktisk, i betragtning af at de lever af affald for at vokse, de kan betragtes som miljøvenlige."

Verden er ikke fremmed for såkaldte "svampearkitekturer" bygget ved hjælp af biomaterialer lavet af svampe. Eksisterende strategier på dette område involverer at dyrke organismen til den ønskede form ved hjælp af små moduler såsom mursten, blokke eller plader. Disse tørres derefter for at dræbe organismen, efterlader en bæredygtig og lugtfri forbindelse.

Men det kan tages et skridt videre, sagde eksperten, hvis mycelierne holdes i live og integreres i nanopartikler og polymerer for at udvikle elektroniske komponenter. Han sagde:"Dette computersubstrat er dyrket i en tekstilform for at give det form og give yderligere struktur. I løbet af det sidste årti, Professor Adamatzky har produceret adskillige prototyper af sanse- og computerudstyr ved hjælp af slimformen Physarum polycephalum, inklusive forskellige beregningsgeometriske processorer og hybrid elektroniske enheder."

Den kommende strækning

Selvom professor Adamatzky fandt ud af, at denne slimskimmel er et bekvemt substrat til ukonventionel databehandling, det faktum, at det hele tiden ændrer sig, forhindrer fremstillingen af ​​langtidsholdbare enheder, og slimskimmelberegningsanordninger er således begrænset til eksperimentelle laboratorieopstillinger.

Imidlertid, ifølge Dehshibi, takket være deres udvikling og adfærd, basidiomyceter er lettere tilgængelige, mindre modtagelige for infektioner, større i størrelse og mere praktisk at manipulere end slimskimmel. Ud over, Pleurotus ostreatus, som bekræftet i deres seneste papir, kan nemt eksperimenteres udendørs, dermed åbner mulighed for nye ansøgninger. Dette gør svampe til et ideelt mål for skabelsen af ​​fremtidige levende computerenheder.

UOC-forskeren sagde:"Efter min mening, vi mangler stadig at løse to store udfordringer. Den første består i virkelig at implementere [svampesystem]-beregning med et formål; med andre ord, en beregning, der giver mening. Det andet ville være at karakterisere svampesubstraternes egenskaber via boolsk kortlægning, for at afdække myceliets sande computerpotentiale." For at formulere det på en anden måde, selvom vi ved, at der er potentiale for denne type anvendelse, vi skal stadig finde ud af, hvor langt dette potentiale rækker, og hvordan vi kan udnytte det til praktiske formål.

Vi skal måske ikke vente for længe på svarene, selvom. Den første prototype udviklet af holdet, som indgår i studiet, vil strømline fremtidens design og konstruktion af bygninger med unikke muligheder, takket være deres svampebiomaterialer. Forskeren sagde:"Denne innovative tilgang fremmer brugen af ​​en levende organisme som et byggemateriale, der også er designet til at beregne." Når projektet afsluttes i december 2022, FUNGAR projektet skal opføre en storstilet svampebygning i Danmark og Italien, samt en mindre version på UWE Bristols Frenchay Campus.

Dehshibi sagde:"Til dato, der er kun fremstillet små moduler som mursten og plader. Imidlertid, NASA er også interesseret i ideen og leder efter måder at bygge baser på månen og Mars for at sende inaktive sporer til andre planeter." han sagde:"At leve inde i en svamp kan virke underligt, men hvorfor er det så mærkeligt at tænke på, at vi kunne leve inde i noget levende? Det ville markere et meget interessant økologisk skift, der ville give os mulighed for at gøre op med beton, glas og træ. Forestil dig bare skoler, kontorer og hospitaler, der konstant vokser, regenerere og dø; det er toppen af ​​bæredygtigt liv."

For forfatterne af papiret, meningen med svampecomputere er ikke at erstatte siliciumchips. Det er svampereaktionerne for langsomme til. Hellere, de tror, ​​at mennesker kunne bruge mycelium, der vokser i et økosystem, som en "storskala miljøsensor." Svampe netværk, de ræsonnerer, overvåger et stort antal datastrømme som en del af deres hverdag. Hvis vi kunne tilslutte os mycelie-netværk og fortolke signalerne, de bruger til at behandle oplysninger, vi kunne lære mere om, hvad der skete i et økosystem.