Miksi ja miten sieniä käytetään?
Aluksi on syytä tarkentaa, että sienet ovat ensinnäkin elävän luonnon valtakunta,
Kaikki sienistä kattomuottiin ovat sieniä.
Yhteinen tutkimus yliopiston kanssaLänsi-Englanti (UWE Bristol), Mogu Srl, Italian teknillinen instituutti (IIT) ja Universitat Oberta de Catalunya (UOC) ovat kaikki osoittaneet, että sienillä on uskomattomia ominaisuuksia. Ne antavat heille mahdollisuuden havaita ja käsitellä ulkoisia ärsykkeitä, kuten valoa, venytystä, lämpötilaa, kemikaalien läsnäoloa ja jopa sähköisiä signaaleja.
Tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että tämä tasoittaa tietä uusien sienimateriaalien syntymiselle, joilla on monia mielenkiintoisia ominaisuuksia, kuten kestävyys, kestävyys, ylläpidettävyys ja sopeutumiskyky.Tutkimalla sienten potentiaalia puettavien laitteiden komponentteina tutkimus vahvisti mahdollisuuden käyttää näitä biomateriaaleja tehokkaina antureina, joilla on ääretön määrä mahdollisia sovelluksia.Puettavat laitteet ovat eräänlaisia pienoistietokoneita: rannekoruja, laseja, kelloja ja jopa vaatteita, joissa on langaton paikallinen tai etäyhteys muihin tietokoneisiin.Tyypillisesti tällaiset laitteet on varustettu antureilla, jotka valvovat erilaisia fyysisen aktiivisuuden muotoja tai sen ympäristön parametreja, jossa käyttäjä sijaitsee.
Sienet tekevät älykkäistä puettavista tuotteista entistä älykkäämpiä
Ihmiset eivät todennäköisesti löydä sieniä sopivana materiaalina.laitteiden, erityisesti älylaitteiden, kuten askelmittareiden tai matkapuhelinten, tuotantoon. Puettavat laitteet vaativat monimutkaisia piirejä, jotka yhdistyvät antureihin ja joilla on ainakin jonkin verran prosessointitehoa. Tämä saavutetaan hienostuneilla menettelyillä ja erikoismateriaaleilla. Karkeasti ottaen ne tekevät niistä "älykkäitä". Andrew Adatzkin ja Dr.Anna Nicolaidoun UWE: stä, Anthony Gandian, Mogu Srl: n teknologiajohtaja, professori Alessandro Ciolerion IIT: n ja tohtori Mohammad Mahdi Dehshibin, UOC: n, yhteistyö on osoittanut, että sienet voidaan lisätä näiden aineiden luetteloon.
Mihin sienet pystyvät?
Itse asiassa äskettäin julkaistu tutkimus "Reactive fungal wearable" esiteltiin lehdessä Biosysteemit, osterisienien kyky tuntea ulkoinenärsyttävät aineet, joita voi tulla esimerkiksi ihmiskehosta. Testatakseen sienen kykyä reagoida biomateriaalina tutkimuksessa analysoidaan ja kuvataan sen rooli biosensorina, joka kykenee erottamaan kemialliset, mekaaniset ja sähköiset ärsykkeet.
”Sienet ovat suurimpia, laajimminplaneetan laajin ja vanhin elävien organismien ryhmä ", selittää tohtori Dehshibi ja lisää:" Ne kasvavat hyvin nopeasti ja sitoutuvat alustaan. " Sienet pystyvät jopa käsittelemään tietoja samalla tavalla kuin tietokoneet, UOC: n tutkijan mukaan.
Sienen ohjelmointi
Tiedemies on varma, että sienet voivat jopa olla"ohjelma" – nimittäin niiden geometria ja rihmastoverkkojen teoreettis-graafinen rakenne. Sienten sähköistä aktiivisuutta voidaan sitten käyttää laskennallisten piirien toteuttamiseen. Kuulostaako epärealistiselta? Katsotaanpa mitä rihmasto on.
Rihmasto on kasvullinen kehosieni, jolla on kyky muuttaa rakennettaan muodostaen samalla erityisiä elimiä, jotka varmistavat luotettavan kiinnittymisen alustaan, ravinnon ja myöhemmän lisääntymisen. Itse asiassa rihmasto ei ole muuta kuin kaikille tuttu rihmasto. Täällä sieni alkaa itse asiassa kasvaa, joten ottamalla esimerkiksi posliinisienen tai öljypurkin rihmaston, voit kasvattaa niitä erittäin menestyksekkäästi missä tahansa tähän tarkoitukseen sopivassa paikassa. Ja muuttamalla sen rakennetta aivan alkuperässä, voit muuttaa "sienen käyttäytymistä".
Muuten, sienet eivät vain reagoi ärsykkeisiin jasignaalit laukaistaan vastaavasti. Heidän rakenteensa ansiosta tutkijat voivat manipuloida heitä suorittamaan laskennallisia tehtäviä eli toisin sanoen käsittelemään tietoa. Tämän seurauksena kyky luoda todellisia tietokonekomponentteja sienimateriaalista ei ole enää tieteiskirjallisuutta. Itse asiassa sienien komponentit pystyvät ottamaan vastaan ja reagoimaan ulkoisiin signaaleihin kuin koskaan ennen.
Miksi käyttää sieniä?
Ensi silmäyksellä voi näyttää siltäsienten käyttö on huono idea. Niistä on huolehdittava, ne hajoavat, niillä on vähän vakautta, ne voivat päästää hajuja ja niin edelleen. Suurin osa näistä ongelmista on kuitenkin jo ratkaistu! Kuten tiedemiehet huomauttavat, työskentely elävien organismien kanssa "liittyy yleensä tiettyihin vaikeuksiin". Tätä silmällä pitäen ja analysoituaan kaikki vaihtoehdot ryhmä lopulta valitsi tutkimukseensa basidiomykeetit, sienivaltakunnan divisioonan.
Eräs sienityyppi, toisin kuin muut - Basidiomycetes
Nykyään tiede tuntee 36 sieniluokkaa,yhdistetty neljään osa-alueeseen - ylivoimainen, epätäydellinen, huonompi ja sienimäinen. Basidiomycetes (lat. Basidiomycetes) tai basidiomycetes ovat yksi korkeampien sienten pääluokista. Ne eroavat muista ruokavaliossaan ja biologiassaan. Niillä on hyvin kehittyneet hyfet ja väliseinät, niiden solut sisältävät kaksi ydintä, ja basidiomykeeteille tyypillinen piirre on basidioiden muodostuminen hymenoforissa. Nämä ovat erityisiä itiöelimiä, jotka koostuvat turvonneesta päätesolusta, jossa on kaksi tai neljä itiötä. Niille syntyy eksogeenisesti, eli ulkoisen syyn vaikutuksesta, liikkumattomia basidiosporeja (sukupuolisen lisääntymisen itiöitä).
Rihmasto
Nämä sienet liittyvät vähemmän sairauksiin ja muihinsukulaistensa sisätiloissa kasvamisen aiheuttamat ongelmat. Lisäksi sienirihmapohjaisia tuotteita käytetään jo kaupallisesti rakentamisessa. Nämä sienet voidaan muotoilla eri tavoin. Tämä rakenne on samanlainen kuin sementin rakenne, mutta geometrisen tilan luominen kestää vain viisi päivää - kaksi viikkoa. Lisäksi sienet eivät vahingoita ympäristöä yhtä paljon kuin sementin tuotanto. Itse asiassa, kun otetaan huomioon, että ne ruokkivat kasvuun tarkoitettua jätettä, niitä voidaan pitää ympäristöystävällisinä.
Lähikuva sienestä Amanita muscaria, joka tunnetaan yleisesti perhohappona, on basidiomycete-sieni.
"Sieniarkkitehtuuri"
"Sieniarkkitehtuuri" itsessään ei ole aUusi. Tällä alueella olemassa oleviin strategioihin kuuluu organismin kasvattaminen haluttuun muotoon käyttämällä pieniä moduuleja, kuten tiiliä, lohkoja tai arkkeja. Sitten ne kuivataan ruumiin tappamiseksi jättäen stabiili yhdiste hajuton.
Asiantuntijan mukaan tämä on kuitenkin mahdollistaota se askeleen pidemmälle säilyttämällä myseeli ja integroimalla se nanohiukkasiin ja polymeereihin elektronisten komponenttien kehittämiseksi. Tietokonealusta kasvatetaan tekstiilimuodossa sen rakenteen lisäämiseksi. Viimeisen vuosikymmenen aikana professori Adamatzki on luonut useita prototyyppejä aiste- ja laskentalaitteista käyttämällä Physarum polycephalumin limanmuotoa, mukaan lukien erilaiset laskennalliset geometriset prosessorit ja hybridielektroniikkalaitteet.
Muotin nero Physarum Polycephalum
Ensi silmäyksellä Physarum polycephalum ei oleon erityisen kiinnostava. Kasvava lähinnä metsien hajoamistuotteista, tämä kirkkaan keltainen muotti ei selvästi ole vihjaileva. Vielä vähemmän vaikuttava on organismin rakenteellinen rakenne: se on yksisoluinen, siinä on vain jäännösmäärä DNA: ta, proteiineja ja entsyymejä, ja lisäksi se kasvaa merkityksettömällä nopeudella - vain 1 millimetri tunnissa.
Kaikista luetelluista haitoista huolimattatämä plasmodiaalinen etanamuotti on huomattavan suotuisa. Keinotekoisten labyrinttien voittaminen, monimutkaisten, ihmisen suunnittelemien reittien uudelleen luominen välttäen taipumusta toistumiseen, tämä organismi keskitti itsensä monien tutkijoiden huomion ympäri maailmaa jo 2000-luvun alussa.
Limakalvon tai myxomycete Physarum polycephalumin hedelmäkappaleet näyttävät monipäisiltä sieniltä
Ratkaise ongelma lyhyimmällä tavalla
Vuonna 2001 perustettiin tutkijaryhmä Hokkaidon yliopistosta (Japani) tutkiakseen tämän organismin kykyä päästä labyrinttien läpi.
Muotinäyte jaettiin useisiinpalasia ja sijoitetaan sitten tasaisesti sokkelokentälle. Muutamassa tunnissa muotti oli kasvanut, sitomalla yhteen kaikki sironnut palaset ja täyttäen melkein kaikki mahdolliset polut. Ja kun tutkijat sijoittivat pieniä kaurahiutaleita sokkelon sisäänkäynnille ja uloskäynnille, tapahtui jotain hämmästyttävää.
Hitaasti mutta varmasti limaa ryömi kaikiltasokkelon umpikuja ja keskittynyt tehokkaimpaan ruokaan johtavaan lentorataan. "Erottele paksut laskimomaiset muodot", kuten tutkijat kirjoittivat, "yhdistämällä kaksi pistettä liikeradalla mahdollisimman lähellä lyhintä tietä".
Kokeilun tuloksena tutkijat päättivät, että tällä organismilla on jonkinlainen alkeellinen mielen näköisyys.
Kyky oppia ja muuttaa käyttäytymistä
Physarum polycephalum opiskeli yliopistossaHokkaido ja seitsemän vuotta myöhemmin. Sitten he tekivät toisen tutkimuksen, jonka tarkoituksena oli tutkia etana-organismin kykyä ennustaa ja muistaa tapahtumia aivojen puuttumisesta huolimatta.
Osana koketta laitettiin muotinäytemuoviarkille, jonka jälkeen sen annettiin kasvaa erityisesti luotuissa ihanteellisissa olosuhteissa (korkea lämpötila, kosteus). Sitten näyte altistettiin säännöllisin väliajoin yhtäkkiä kylmälle ja kuivalle ilmalle, jonka aikana muotti hidasti suuresti kasvunopeutta.
Keltainen limainen hometta, Physarum polycephalum, kasvaa kaatuneen tukin päällä.
Sitten tapahtui jotain odottamatonta:useiden jaksojen jälkeen etanamuotti alkoi "ennustaa" hetkeä, jolloin se tulisi altistaa kylmälle ilmalle, ja hidasti etukäteen sen kasvua energian säästämiseksi.
Tämän seurauksena tutkijat havaitsivat, että tutkitulla organismilla on kyky oppia huolimatta siitä, että aivoista ei ole mitään näköisiä.
Verkostoitumiskyky
Vuonna 2010 japanilaiset tutkijat alkoivat tutkia Physarum polycephalumia uudelleen - tällä kertaa he halusivat selvittää, pystyykö tämä organismi muodostamaan tehokkaita verkostoja.
He loivat uudelleen pienoiskuvan piiristäTokion rautatiet käyttävät kaurapuuroa kaupunkien sijaintien merkitsemiseen ja näyte etana-organismista Tokiota edustavalla kaurapalalla. On syytä huomata, että todellisen rautatieverkon rakentaminen johtui luonnollisen helpotuksen erityispiirteistä (vuoret, joet jne.). Nämä esteet luotiin huolellisesti uudelleen käyttämällä erillisiä, voimakkuudeltaan erilaisia valonlähteitä. Tosiasia on, että plasmodiat välttävät kirkasta valaistusta.
Suuri keltainen täplä edustaa Tokiota ja sitäkohta, johon Physarum-näyte alun perin laitettiin; tästä lähtien limainen hometta levisi pieniin valkoisiin pisteisiin (jotka edustavat tärkeimpiä läheisiä kaupunkeja) ja ohenivat edelleen vain niiden välisiin pääyhteyksiin. Tämä prosessi kesti ruumiin vain 26 tuntia.
Lukuisten testien jälkeen tutkijatpäätyi siihen, että muotilla "oli samankaltaisia ominaisuuksia kuin rautatieverkolla kustannusten, liikenteen tehokkuuden ja joustavuuden suhteen", ja se saavutti tämän luomalla "prosessin, jolla haluttuja reittejä voidaan valikoivasti vahvistaa samalla kun poistetaan turhat linkit".
Tulosten perusteella ryhmä kehitti biologisesti inspiroidun matemaattisen mallin adaptiiviseen verkkosuunnitteluun.
"Se, mikä vei ihmisille yli 100 vuotta, on vaikeaainsinöörien ja kaupunkisuunnittelijoiden kehittämä järjestelmä uudistettiin muotilla hieman yli päivässä ”, biologi Heather Barnett kertoi näitä organismeja käsittelevässä TED-konferenssissa. "Myxomycetes - biologisen tietokoneen analogi."
Työtä eteenpäin ja haasteita
Huolimatta siitä, että tämä limainen homettamonet edut, se, että se muuttuu jatkuvasti, ei salli pitkäikäisten laitteiden luomista siitä; seurauksena limakalvon laskennalliset ominaisuudet rajoittuvat kokeellisiin laboratoriotiloihin.
Kuitenkin Dehshibin mukaan basidiomykeetitkehityksensä ja käyttäytymisensä vuoksi ne ovat helpommin saavutettavissa, vähemmän alttiita infektioille, kooltaan suuremmat ja helpommin käsiteltävät kuin limakalvot. Lisäksi Pleurotus ostreatusta voidaan helposti kokeilla ulkona, mikä avaa oven uusille sovelluksille. Tämä tekee sienistä ihanteellisen kohteen tuleville eläville tietokonelaitteille.
Sienien käytön ongelmat
UOC-tutkija totesi:”Mielestäni meillä on vielä kaksi ratkaistavaa pääongelmaa. Ensimmäinen on tosiasiallisesti toteuttaa [sienijärjestelmän] laskenta tiettyä tarkoitusta varten; toisin sanoen järkevä laskenta. Toinen on luonnehtia sienisubstraattien ominaisuuksia loogisten kartoitusten avulla paljastamaan myseeliverkkojen todellinen laskennallinen potentiaali. " Toisin sanoen, vaikka tiedämme sienillä olevan potentiaalia, tutkijoiden on silti selvitettävä, kuinka pitkälle se menee ja miten sitä voidaan käyttää käytännön tarkoituksiin.
Odotus ei kuitenkaan välttämättä ole pitkä.Alkuperäinen prototyyppi, jonka tutkijaryhmä on kehittänyt ja joka on osa tutkimusta, yksinkertaistaa sienien biomateriaalien ansiosta ainutlaatuisten ominaisuuksien omaavien rakennusten tulevaa suunnittelua ja rakentamista. Tämä innovatiivinen lähestymistapa edistää elävän organismin käyttöä rakennusmateriaalina, joka on myös mukautettu laskentaan. Kun sienien tutkiminen puettavien laitteiden materiaalina päättyy joulukuussa 2022, FUNGAR-projekti rakentaa suuren sienirakennuksen Tanskaan ja Italiaan sekä pienemmän version UWE Bristol Frenchai -kampuksella.
Prototyyppi FUNGAR.
Vain tähän mennessäpienet moduulit - tiilet ja levyt. NASA on kuitenkin myös kiinnostunut ajatuksesta ja etsii tapoja rakentaa tukikohtia Kuulle ja Marsille lähettämään passiivisia riitoja muille planeetoille.
Mikä lopputulos on?
”Elämä sienen sisällä saattaa tuntua sinulleoutoa, mutta miksi on niin outoa ajatella, että voimme elää jossakin elävässä? Tämä tarkoittaisi erittäin mielenkiintoista ekologista muutosta, jonka avulla voimme poistaa betonin, lasin ja puun. Kuvittele, että koulut, toimistot ja sairaalat kasvavat ja rakentuvat jatkuvasti. Tämä on kestävän elämän huippu. "
Artikkelin kirjoittajien mukaan sienen tarkoitustietokoneet eivät korvaa piipiirejä. Sienireaktiot ovat liian hitaita tähän. He ajattelevat pikemminkin, että ihmiset voivat käyttää ekosysteemissä kasvavaa sienirihmasta "laajamittaisena ympäristöanturina". Heidän mukaansa sieniverkot seuraavat suurta määrää datavirtoja osana päivittäistä olemassaoloa. Jos voisimme muodostaa yhteyden rihmaston verkkoon ja tulkita signaalit, joita ne käyttävät tietojen käsittelyyn, voisimme oppia lisää siitä, mitä ekosysteemissä tapahtuu.
Lue lisää
Abortti ja tiede: mitä tapahtuu synnyttäville lapsille
Tutkijat kehittävät uuden tyyppisen optisen kvanttitietokoneen
Nimetty kasvi, joka ei pelkää ilmastonmuutosta. Se ruokkii miljardia ihmistä
Elävien organismien alue (super-valtakunta), joiden solut sisältävät ytimen. Kaikki organismit, lukuun ottamatta prokaryooteja (bakteerit ja arkealit), ovat ydinaseita.
innovatiivinen suunnitteluyritys
Osterisieni, osterisieni tai osterisieni (lat. Pleurotus ostreatus)
sienilangat
itiöitä sisältävä kerros