أجهزة وأجهزة الفطر القابلة للارتداء: كيف ستعمل؟

لماذا وكيفية استخدام الفطر؟

وبادئ ذي بدء، تجدر الإشارة إلى أن الفطر، أولا وقبل كل شيء، هو مملكة الطبيعة الحية،

توحيد الكائنات حقيقية النواة.ما يميز الفطر هو أنه يجمع بين بعض خصائص النباتات والحيوانات. تتم دراسة الفطر من قبل علم الفطريات الذي يعتبر فرعا من فروع علم النبات، إذ كان الفطر يصنف سابقا ضمن المملكة النباتية. تم تشكيل مفهوم الفطر كمملكة منفصلة في العلوم فقط في السبعينيات.

كل شيء من الفطر إلى العفن على السقف هو فطر. 

بحث مشترك بمشاركة الجامعةأظهر كل من غرب إنجلترا (UWE Bristol) و Mogu Srl والمعهد الإيطالي للتكنولوجيا (IIT) وجامعة أوبيرتا دي كاتالونيا (UOC) أن الفطر له خصائص مذهلة. إنها تسمح لهم بإدراك ومعالجة المحفزات الخارجية مثل الضوء ، والتمدد ، ودرجة الحرارة ، ووجود المواد الكيميائية ، وحتى الإشارات الكهربائية.

العلماء واثقون من أن هذا سيمهد الطريق لظهورهمواد فطرية جديدة تتمتع بالعديد من الخصائص المثيرة للاهتمام، بما في ذلك الاستقرار والمتانة وقابلية الإصلاح والقدرة على التكيف. ومن خلال استكشاف إمكانات الفطريات كمكونات للأجهزة القابلة للارتداء، أكدت الدراسة إمكانية استخدام هذه المواد الحيوية كأجهزة استشعار فعالة مع عدد لا نهاية له من التطبيقات الممكنة. دعونا نذكرك أن الأجهزة القابلة للارتداء هي نوع من أجهزة الكمبيوتر المصغرة: الأساور والنظارات والساعات وحتى الملابس - مع اتصال لاسلكي محلي أو عن بعد بأجهزة كمبيوتر أخرى. عادةً ما تكون هذه الأجهزة مزودة بأجهزة استشعار تراقب أشكالًا مختلفة من النشاط البدني أو المعلمات البيئية التي يتواجد فيها المستخدم.

الفطر يجعل الأجهزة الذكية القابلة للارتداء أكثر ذكاءً

من غير المحتمل أن يجد الناس الفطريات كمادة مناسبة.لإنتاج الأدوات ، وخاصة الأجهزة الذكية مثل عداد الخطى أو الهواتف المحمولة. تتطلب الأجهزة القابلة للارتداء دوائر معقدة تتصل بأجهزة استشعار ولديها على الأقل بعض قوة المعالجة. يتم تحقيق ذلك من خلال إجراءات متطورة ومواد خاصة. بشكل تقريبي ، هم ما يجعلهم "أذكياء". أظهر تعاون البروفيسور أندرو أداتسكي والدكتورة آنا نيكولايدو من UWE ، وأنتوني غانديا ، كبير موظفي التكنولوجيا في Mogu Srl ، والبروفيسور Alessandro Ciolerio من IIT والدكتوراه محمد مهدي دهشيبي ، الباحث في UOC ، أنه يمكن إضافة الفطر إلى قائمة هذه المواد.

ما هي قدرة الفطر؟

في الواقع، دراسة حديثة بعنوان "الفطريات التفاعلية القابلة للارتداء" والتي تم عرضها في المجلة الأنظمة الحيوية، قدرة فطر المحار على الشعور بالخارجالمهيجات التي يمكن أن تأتي من جسم الإنسان على سبيل المثال. لاختبار قدرة الفطر على الاستجابة كمادة حيوية ، تحلل الدراسة وتصف دورها كمستشعر حيوي قادر على التمييز بين المحفزات الكيميائية والميكانيكية والكهربائية.

"الفطر هو الأكبر والأوسع انتشارًاالمجموعة الأقدم والأكثر انتشارًا من الكائنات الحية على هذا الكوكب ، يشرح الدكتور دهشيبي ، مضيفًا: "إنها تنمو بسرعة كبيرة وترتبط بالركيزة". حتى أن الفطر قادر على معالجة المعلومات بالطريقة التي تعمل بها أجهزة الكمبيوتر ، وفقًا للباحث في جامعة كاليفورنيا.

برمجة الفطر

العالم على يقين من أن الفطر يمكن أن يكون كذلك"البرنامج" - أي هندستها وبنيتها الرسومية النظرية لشبكات الميسليوم. ويمكن بعد ذلك استخدام النشاط الكهربائي للفطر لتنفيذ الدوائر الحسابية. يبدو غير واقعي؟ دعونا نلقي نظرة على ما هو المفطورة.

الميسيليوم هو الجسم الخضريفطر لديه القدرة على تغيير بنيته وتكوين أعضاء خاصة تضمن الارتباط الموثوق بالركيزة والتغذية والتكاثر اللاحق. في الواقع، الفطريات ليست أكثر من الفطريات المألوفة لدى الجميع. هذا هو المكان الذي يبدأ فيه الفطر فعليًا في النمو، لذلك، على سبيل المثال، باستخدام فطر فطر بورسيني أو علبة زيت، يمكنك زراعته بنجاح كبير في أي مكان مناسب لهذا الغرض. ومن خلال تغيير هيكله عند الأصول، يمكنك تغيير "سلوك الفطر".

بالمناسبة ، الفطر لا يستجيب فقط للمنبهات ويتم تشغيل الإشارات وفقًا لذلك. يسمح هيكلها للعلماء بالتلاعب بها لأداء مهام حسابية ، بمعنى آخر ، لمعالجة المعلومات. نتيجة لذلك ، لم تعد القدرة على إنشاء مكونات كمبيوتر حقيقية من مواد فطرية خيالًا علميًا. في الواقع ، ستكون المكونات الفطرية قادرة على التقاط الإشارات الخارجية والاستجابة لها كما لم يحدث من قبل.

لماذا نستخدم الفطر؟

للوهلة الأولى قد يبدو ذلكاستخدام الفطريات فكرة سيئة. إنهم بحاجة إلى رعاية، فهي تتحلل، ولديها القليل من الاستقرار، ويمكن أن تنبعث منها الروائح، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فقد تم بالفعل حل معظم هذه المشاكل! وكما يلاحظ العلماء، فإن العمل مع الكائنات الحية «يرتبط عمومًا بصعوبات معينة». مع أخذ ذلك في الاعتبار وبعد تحليل جميع الخيارات، اختار الفريق في النهاية الفطريات القاعدية، وهي قسم من مملكة الفطريات، لدراستهم.

نوع من الفطر لا يشبه الأنواع الأخرى - Basidiomycetes

يعرف العلم اليوم 36 صنفًا من الفطر،متحدون في أربعة أقسام - متفوق، ناقص، أدنى، وشبيه بالفطر. Basidiomycetes (lat. Basidiomycetes) أو Basidiomycetes هي إحدى الفئات الرئيسية للفطريات الأعلى. إنهم يختلفون عن الآخرين في نظامهم الغذائي وبيولوجيتهم. لديهم خيوط متطورة مع حواجز، وتحتوي خلاياهم على نواتين، ومن السمات المميزة للفطريات القاعدية تكوين القاعدة في غشاء البكارة. هذه هي أعضاء خاصة للتبويض، تتكون من خلية طرفية منتفخة تحتوي على اثنين أو أربعة أبواغ. عليها، خارجيًا، أي تحت تأثير سبب خارجي، تولد الأبواغ القاعدية غير المتحركة (جراثيم التكاثر الجنسي).

فطيرة

هذه الفطريات أقل ارتباطًا بالأمراض وغيرهاالمشاكل التي يسببها أقاربهم عند النمو في الداخل. علاوة على ذلك ، يتم بالفعل استخدام المنتجات القائمة على الميسيليوم تجاريًا في البناء. يمكن تشكيل هذا الفطر بطرق مختلفة. يشبه هذا البناء بناء الأسمنت ، لكن الأمر سيستغرق من خمسة أيام إلى أسبوعين فقط لإنشاء مساحة هندسية. بالإضافة إلى ذلك ، لا يضر عيش الغراب بالبيئة بقدر ما يضر بإنتاج الأسمنت. في الواقع ، نظرًا لأنها تتغذى على النفايات لتنمو ، يمكن اعتبارها صديقة للبيئة.

صورة عن قرب للفطر Amanita muscaria ، المعروف باسم الذبابة agaric ، هو الفطر basidiomycete.

"عمارة الفطر"

"العمارة الفطر" في حد ذاته ليسجديد. تتضمن الاستراتيجيات الحالية في هذا المجال تنمية الكائن الحي إلى الشكل المطلوب باستخدام وحدات صغيرة مثل الطوب أو الكتل أو الألواح. ثم يتم تجفيفها لقتل الجسم ، تاركة المركب المستقر عديم الرائحة.

لكن ، وفقًا للخبير ، في هذا الاتجاه ممكنخذ خطوة أخرى إلى الأمام عن طريق الحفاظ على الميسيليوم ودمجها في الجسيمات النانوية والبوليمرات لتطوير المكونات الإلكترونية. تتم زراعة ركيزة الكمبيوتر في شكل نسيج لمنحها بنية إضافية. على مدى العقد الماضي ، ابتكر البروفيسور أداماتسكي عدة نماذج أولية من الأجهزة الحسية والحاسوبية باستخدام شكل الوحل في Physarum polycephalum ، بما في ذلك العديد من المعالجات الهندسية الحاسوبية والأجهزة الإلكترونية الهجينة.

عبقرية قالب Physarum Polycephalum

للوهلة الأولى ، ليس فيزاروم بوليسيفالومذات أهمية خاصة. ينمو بشكل أساسي على منتجات التحلل في الغابات ، ومن الواضح أن هذا العفن الأصفر اللامع لا يوحي. والأقل إثارة للإعجاب هو البنية الهيكلية للكائن الحي: فهو وحيد الخلية ، ويحتوي فقط على كمية متبقية من الحمض النووي والبروتينات والإنزيمات ، علاوة على أنه ينمو بمعدل ضئيل - فقط 1 مليمتر في الساعة.

ومع ذلك ، على الرغم من كل العيوب المذكورة ،إن قالب البزاقة البلازمية هذا حكيم بشكل ملحوظ. التغلب على المتاهات الاصطناعية ، وإعادة إنشاء مسارات معقدة ، وهندسة بشرية ، مع تجنب الميل إلى التكرار ، ركز هذا الكائن الحي على نفسه اهتمام العديد من العلماء حول العالم في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

تبدو الأجسام المثمرة من العفن المخاطي أو الفطريات الفطرية فيساروم بوليسيفالوم مثل الفطريات متعددة الرؤوس

حل المشكلة بأقصر الطرق

في عام 2001 ، تم تشكيل فريق من الباحثين من جامعة هوكايدو (اليابان) من أجل دراسة قدرة هذا الكائن الحي على شق طريقه عبر المتاهات.

تم تقسيم عينة القالب إلى عدةشظايا ثم وضعها بالتساوي في حقل المتاهة. في غضون ساعات قليلة ، نما القالب ، وربط جميع الأجزاء المتناثرة معًا وملء كل مسار ممكن تقريبًا. وعندما وضع الباحثون قطعًا صغيرة من دقيق الشوفان عند مدخل وخروج المتاهة ، حدث شيء مذهل.

ببطء ولكن بثبات ، زحف المخاط من الجميعطريق مسدود من المتاهة ، والتركيز على المسار الأكثر كفاءة المؤدي إلى الغذاء. "أشكال منفصلة تشبه الوريد السميك" ، كما كتب الباحثون ، "ربط نقطتين مع مسار أقرب ما يمكن إلى أقصر طريق."

نتيجة للتجربة ، قرر العلماء أن هذا الكائن الحي يمتلك نوعا من الذكاء البدائي.

القدرة على التعلم وتغيير السلوك

درس Physarum polycephalum في الجامعةهوكايدو وبعد سبع سنوات. ثم أجروا دراسة أخرى تهدف إلى دراسة قدرة الكائن الحي على التنبؤ بالأحداث وتذكرها ، على الرغم من عدم وجود دماغ.

كجزء من التجربة ، تم وضع عينة قالبعلى ورقة من البلاستيك ، وبعد ذلك سمح لها بالنمو في ظروف مثالية تم إنشاؤها خصيصًا (درجة حرارة عالية ، رطوبة). بعد ذلك ، على فترات منتظمة ، تعرضت العينة فجأة للهواء البارد والجاف ، حيث أدى العفن إلى إبطاء معدل النمو بشكل كبير.

ينمو العفن الأصفر اللزج ، Physarum polycephalum ، فوق جذوع الأشجار الساقطة.

ثم حدث شيء غير متوقع:بعد عدة فترات ، بدأ قالب البزاقة في "التنبؤ" باللحظة التي يجب أن يتعرض فيها للهواء البارد ، وقام مسبقًا بإبطاء نموه من أجل توفير الطاقة.

ونتيجة لذلك ، وجد الباحثون أن الكائن المدروس لديه القدرة على التعلم ، على الرغم من الغياب التام لأي شكل من أشكال الدماغ.

القدرة على التواصل

في عام 2010 ، بدأ العلماء اليابانيون في دراسة Physarum polycephalum مرة أخرى - هذه المرة أرادوا معرفة ما إذا كان هذا الكائن الحي قادرًا على تكوين شبكات فعالة.

أعادوا إنشاء نسخة مصغرة من الدائرةسكك حديد طوكيو تستخدم دقيق الشوفان لتحديد مواقع المدن وعينة من كائن حي على قطعة شوفان تمثل طوكيو. من الجدير بالذكر أن بناء شبكة سكك حديدية حقيقية يرجع إلى خصائص التضاريس الطبيعية (الجبال والأنهار ، إلخ). تم إعادة إنشاء هذه العوائق بدقة باستخدام مصادر إضاءة منفصلة بكثافة مختلفة. الحقيقة هي أن البلازموديا تتجنب الإضاءة الساطعة.

تمثل البقعة الصفراء العظيمة طوكيو وذاكالنقطة التي تم وضع عينة Physarum فيها في الأصل ؛ من هنا ، انتشر العفن اللزج إلى نقاط بيضاء صغيرة (تمثل المدن الرئيسية المجاورة) ، وأضعف فقط إلى الوصلات الرئيسية بينها. استغرقت هذه العملية الجسم 26 ساعة فقط.

بعد اختبارات عديدة ، قام الباحثونخلص إلى أن القالب "أظهر خصائص مشابهة لتلك الخاصة بشبكة السكك الحديدية من حيث التكلفة وكفاءة النقل والمرونة" ، وقد حقق ذلك من خلال إنشاء "عملية لتضخيم المسارات المفضلة بشكل انتقائي مع إزالة الروابط الزائدة عن الحاجة".

وباستخدام النتائج، طور الفريق نموذجًا رياضيًا مستوحى من الناحية البيولوجية لتصميم الشبكات التكيفية.

ما استغرق الناس أكثر من 100 عام صعبقالت عالمة الأحياء هيذر بارنيت في مؤتمر TED حول هذه الكائنات ، إن النظام الذي طوره المهندسون والمخططون الحضريون أعيد إنشاؤه بواسطة العفن في فترة تزيد قليلاً عن يوم واحد. "الفطريات الفطرية - نظير جهاز كمبيوتر بيولوجي."

العمل في المستقبل والتحديات

على الرغم من أن هذا العفن اللزجالعديد من المزايا ، حقيقة أنه يتغير باستمرار ، لا تسمح بإنشاء أجهزة طويلة العمر منه ؛ ونتيجة لذلك ، تقتصر القدرات الحسابية للعفن المخاطي على مرافق المختبرات التجريبية.

ومع ذلك ، وفقًا للدهشيبي ، الفطريات القاعديةنظرًا لتطورها وسلوكها ، فهي أكثر سهولة ، وأقل عرضة للعدوى ، وأكبر حجمًا وأكثر ملاءمة للتعامل معها من العفن المخاطي بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجربة Pleurotus ostreatus بسهولة في الهواء الطلق ، مما يفتح الباب أمام تطبيقات جديدة. هذا يجعل الفطر هدفًا مثاليًا لأجهزة الحوسبة الحية المستقبلية.

مشاكل استخدام الفطر

صرح باحث من جامعة كولومبيا البريطانية:في رأيي ، لا يزال لدينا مشكلتان رئيسيتان يجب حلهما. الأول هو تنفيذ حساب [النظام الفطري] لغرض محدد ؛ بعبارة أخرى ، حساب منطقي. والثاني هو توصيف خصائص الركائز الفطرية باستخدام التعيينات المنطقية من أجل الكشف عن الإمكانات الحسابية الحقيقية لشبكات الفطريات. " بعبارة أخرى ، بينما نعلم أن للفطر إمكانات ، لا يزال العلماء بحاجة إلى معرفة إلى أي مدى يذهب وكيف يمكن استخدامه لأغراض عملية.

ومع ذلك ، قد لا يكون الانتظار طويلاً.سيعمل النموذج الأولي ، الذي طوره فريق من العلماء ، وهو جزء من الدراسة ، على تبسيط التصميم المستقبلي وتشييد المباني ذات القدرات الفريدة بفضل المواد الحيوية الفطرية. يعزز هذا النهج المبتكر استخدام الكائن الحي كمواد بناء تتكيف أيضًا مع العمليات الحسابية. عندما ينتهي مشروع البحث عن عيش الغراب كمواد للأجهزة القابلة للارتداء في ديسمبر 2022 ، سيقوم مشروع FUNGAR ببناء مبنى كبير للفطر في الدنمارك وإيطاليا ، بالإضافة إلى نسخة أصغر في حرم UWE Bristol Frenchai.

النموذج الأولي  FUNGAR.

حتى الآن فقطوحدات صغيرة - الطوب والألواح. ومع ذلك ، فإن ناسا مهتمة أيضًا بالفكرة وتبحث عن طرق لبناء قواعد على القمر والمريخ لإرسال نزاعات غير نشطة إلى الكواكب الأخرى.

ما هو الحد الأدنى؟

"قد تبدو لك الحياة داخل فطرغريب ، لكن لماذا من الغريب التفكير في أننا نستطيع العيش داخل شيء حي؟ قد يعني هذا تحولًا بيئيًا مثيرًا للاهتمام للغاية من شأنه أن يمكننا من التخلص من الخرسانة والزجاج والخشب. تخيل المدارس والمكاتب والمستشفيات تنمو وتعيد بناءها باستمرار. هذه هي قمة الحياة المستدامة ".

وبحسب مؤلفي المقال فإن الغرض من الفطرياتأجهزة الكمبيوتر ليست بدائل لرقائق السيليكون. ردود الفعل الفطرية بطيئة جدا لهذا الغرض. بدلاً من ذلك ، يعتقدون أن البشر يمكنهم استخدام الفطريات التي تنمو في نظام بيئي كـ "مستشعر بيئي واسع النطاق". وفقًا لهم ، تتعقب الشبكات الفطرية عددًا كبيرًا من تدفقات البيانات كجزء من وجودها اليومي. إذا تمكنا من الاتصال بشبكات mycelium وتفسير الإشارات التي يستخدمونها لمعالجة المعلومات ، فيمكننا معرفة المزيد حول ما يحدث في النظام البيئي.

قراءة المزيد

الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون

يطور العلماء نوعًا جديدًا من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الضوئية

أطلق عليه اسم نبات لا يخاف من تغير المناخ. يغذي مليار شخص

المجال (المملكة الفائقة) للكائنات الحية ، التي تحتوي خلاياها على نواة. جميع الكائنات الحية ، باستثناء بدائيات النوى (البكتيريا والعتائق) ، هي نووية.

شركة تصميم مبتكر

فطر المحار ، فطر المحار ، أو فطر المحار (lat.Pleurotus ostreatus)

خيوط الفطر

طبقة بوغ