Waarom en hoe champignons gebruiken?
Om te beginnen is het de moeite waard te vermelden dat paddenstoelen in de eerste plaats het koninkrijk van de levende natuur zijn,
Alles, van champignons tot schimmel op het plafond, zijn paddenstoelen.
Gezamenlijk onderzoek met medewerking van de universiteitWest-Engeland (UWE Bristol), Mogu Srl, het Italian Institute of Technology (IIT) en de Universitat Oberta de Catalunya (UOC) hebben allemaal aangetoond dat paddenstoelen ongelooflijke eigenschappen hebben. Ze stellen hen in staat externe prikkels waar te nemen en te verwerken, zoals licht, uitrekken, temperatuur, de aanwezigheid van chemicaliën en zelfs elektrische signalen.
Wetenschappers zijn ervan overtuigd dat dit de weg zal vrijmaken voor de opkomstnieuwe schimmelmaterialen met veel interessante eigenschappen, waaronder stabiliteit, duurzaamheid, repareerbaarheid en aanpassingsvermogen. Door het potentieel van schimmels als componenten van draagbare apparaten te onderzoeken, bevestigde de studie het potentieel van deze biomaterialen om te worden gebruikt als effectieve sensoren met een eindeloos aantal mogelijke toepassingen. Laten we u eraan herinneren dat draagbare apparaten een soort miniatuurcomputers zijn: armbanden, brillen, horloges en zelfs kledingstukken - met draadloze lokale of externe verbinding met andere computers. Dergelijke apparaten zijn doorgaans uitgerust met sensoren die verschillende vormen van fysieke activiteit of omgevingsparameters waarin de gebruiker zich bevindt, monitoren.
Paddestoelen maken slimme wearables nog slimmer
Mensen vinden schimmels waarschijnlijk niet als geschikt materiaal.voor de productie van gadgets, met name slimme apparaten zoals stappentellers of mobiele telefoons. Wearable apparaten vereisen complexe circuits die verbinding maken met sensoren en op zijn minst enige verwerkingskracht hebben. Dit wordt bereikt door geavanceerde procedures en speciale materialen. Ze zijn grofweg wat ze "slim" maken. De samenwerking van prof.Andrew Adatzki en dr.Anna Nicolaidou van UWE, Anthony Gandia, CTO van Mogu Srl, prof.Alessandro Ciolerio van IIT en Ph.D. Mohammad Mahdi Dehshibi, onderzoeker bij UOC, heeft aangetoond dat paddenstoelen kunnen worden toegevoegd aan de lijst van deze materialen.
Waartoe zijn paddenstoelen in staat?
Uit een recent onderzoek, ‘Reactive fungal wearable’, gepresenteerd in het tijdschrift Biosystemen, het vermogen van oesterzwammen om extern te voelenirriterende stoffen die bijvoorbeeld uit het menselijk lichaam kunnen komen. Om het reactievermogen van de schimmel als biomateriaal te testen, analyseert en beschrijft de studie zijn rol als biosensor die onderscheid kan maken tussen chemische, mechanische en elektrische stimuli.
“Champignons zijn de grootste, het meest verspreidde meest wijdverspreide en oudste groep levende organismen op aarde, ”legt dr. Dehshibi uit, en voegt eraan toe:“ Ze groeien erg snel en binden zich aan het substraat. ” Paddestoelen zijn zelfs in staat om informatie te verwerken zoals computers dat doen, aldus een onderzoeker bij UOC.
Paddenstoelen programmeren
De wetenschapper is er zeker van dat paddenstoelen dat zelfs kunnen zijn“programma” – namelijk hun geometrie en theoretisch-grafische structuur van myceliumnetwerken. De elektrische activiteit van de paddenstoelen kan vervolgens worden gebruikt om computercircuits te implementeren. Klinkt onrealistisch? Laten we eens kijken naar wat mycelium is.
Het mycelium is het vegetatieve lichaamschimmel, die het vermogen heeft om zijn structuur te veranderen en tegelijkertijd speciale organen te vormen die zorgen voor een betrouwbare hechting aan het substraat, voeding en daaropvolgende voortplanting. In feite is mycelium niets meer dan het mycelium dat iedereen kent. Dit is waar de paddenstoel daadwerkelijk begint te groeien, dus als je bijvoorbeeld het mycelium van een eekhoorntjesbrood of een olieblikje neemt, kun je ze met veel succes kweken op elke plek die geschikt is voor dit doel. En door de structuur bij de oorsprong te veranderen, kun je het ‘gedrag van de paddenstoel’ veranderen.
Overigens reageren paddenstoelen niet alleen op prikkels ensignalen worden dienovereenkomstig geactiveerd. Door hun structuur kunnen wetenschappers ze manipuleren om computertaken uit te voeren, met andere woorden, om informatie te verwerken. Als gevolg hiervan is het vermogen om echte computercomponenten te maken van schimmelmateriaal geen sciencefiction meer. In feite kunnen de componenten van paddenstoelen als nooit tevoren externe signalen oppikken en erop reageren.
Waarom paddenstoelen gebruiken?
Op het eerste gezicht lijkt het misschien zoHet gebruik van schimmels is een slecht idee. Ze hebben verzorging nodig, ze verteren, zijn weinig stabiel, kunnen geurtjes afgeven, enzovoort. De meeste van deze problemen zijn echter al opgelost! Zoals wetenschappers opmerken, gaat het werken met levende organismen ‘over het algemeen gepaard met bepaalde problemen’. Met dit in gedachten en na analyse van alle opties koos het team uiteindelijk voor basidiomycetes, een onderdeel van het schimmelkoninkrijk, voor hun onderzoek.
Een paddenstoelsoort die anders is dan andere - Basidiomycetes
Tegenwoordig kent de wetenschap 36 soorten paddenstoelen,verenigd in vier divisies: superieur, imperfect, inferieur en paddestoelachtig. Basidiomyceten (lat. Basidiomycetes) of basidiomyceten zijn een van de hoofdklassen van hogere schimmels. Ze verschillen van anderen in hun dieet en biologie. Ze hebben goed ontwikkelde hyfen met septa, hun cellen bevatten twee kernen en een karakteristiek kenmerk van basidiomyceten is de vorming van basidia in de hymenofoor. Dit zijn speciale sporenulatieorganen, bestaande uit een gezwollen terminale cel met twee of vier sporen. Op hen worden exogeen, dat wil zeggen onder invloed van een externe oorzaak, immobiele basidiosporen (sporen van seksuele voortplanting) geboren.
Mycelium
Deze paddenstoelen worden minder geassocieerd met ziekten en andereproblemen veroorzaakt door hun familieleden bij binnenteelt. Bovendien worden op mycelium gebaseerde producten al commercieel gebruikt in de bouw. Deze paddenstoelen kunnen op verschillende manieren gevormd worden. Deze constructie is vergelijkbaar met de constructie van cement, maar het duurt slechts vijf dagen tot twee weken om de geometrische ruimte te creëren. Bovendien zijn paddenstoelen minder schadelijk voor het milieu dan de productie van cement. Aangezien ze zich voeden met afval om te groeien, kunnen ze zelfs als milieuvriendelijk worden beschouwd.
Een close-up afbeelding van de paddenstoel Amanita muscaria, algemeen bekend als de vliegenzwam, is een basidiomyceet-schimmel.
"Paddenstoelarchitectuur"
"Mushroom-architectuur" zelf is geennieuw. Bestaande strategieën op dit gebied zijn onder meer het laten groeien van een organisme tot de gewenste vorm met behulp van kleine modules zoals stenen, blokken of platen. Ze worden vervolgens gedroogd om het lichaam te doden, waardoor de stabiele verbinding geurloos blijft.
Maar volgens de expert is het in deze richting mogelijkga nog een stap verder door het mycelium te behouden en het te integreren in nanodeeltjes en polymeren om elektronische componenten te ontwikkelen. Het computersubstraat wordt in textielvorm gekweekt om het extra structuur te geven. In het afgelopen decennium heeft professor Adamatzki verschillende prototypes van sensorische en computerapparatuur gemaakt met behulp van de slijmvorm van het Physarum polycephalum, waaronder verschillende computationele geometrieprocessors en hybride elektronische apparaten.
Het genie van de schimmel Physarum Polycephalum
Op het eerste gezicht is Physarum polycephalum dat nietis van bijzonder belang. Deze felgele schimmel groeit voornamelijk op afbraakproducten in bossen en is duidelijk niet suggestief. Nog minder indrukwekkend is de structurele structuur van het organisme: het is eencellig, heeft slechts een resthoeveelheid DNA, eiwitten en enzymen en bovendien groeit het met een onbeduidende snelheid - slechts 1 millimeter per uur.
Ondanks alle genoemde nadelen,deze plasmodiale slakvorm is opmerkelijk wijs. Door kunstmatige labyrinten te overwinnen, complexe, door mensen ontworpen trajecten te herscheppen, terwijl de neiging tot herhaling werd vermeden, richtte dit organisme zich begin jaren 2000 op zichzelf, de aandacht van veel wetenschappers over de hele wereld.
Vruchtlichamen van slijmachtige schimmel of myxomyceet Physarum polycephalum zien eruit als meerkoppige schimmels
Het probleem op de kortste manier oplossen
In 2001 werd een team van onderzoekers van de Hokkaido University (Japan) gevormd om het vermogen van dit organisme om paden door doolhoven te maken te bestuderen.
Het malmonster werd opgesplitst in meerderefragmenten en vervolgens gelijkmatig in het doolhofveld geplaatst. Binnen een paar uur was de schimmel gegroeid, alle verspreide fragmenten aan elkaar gebonden en bijna elk mogelijk pad gevuld. En toen de onderzoekers kleine stukjes havermout bij de in- en uitgang van het doolhof plaatsten, gebeurde er iets verbazingwekkends.
Langzaam maar zeker kroop het slijm uit iedereendoodlopende weg van het doolhof, en geconcentreerd op het meest efficiënte traject dat naar voedsel leidt. "Aparte dikke aderachtige vormen", schreven de onderzoekers, "die twee punten met elkaar verbinden met een traject dat zo dicht mogelijk bij het kortste pad ligt."
Als resultaat van het experiment besloten de wetenschappers dat dit organisme een soort rudimentaire schijn van intelligentie bezit.
Vermogen om te leren en gedrag te veranderen
Physarum polycephalum studeerde aan de universiteitHokkaido en zeven jaar later. Daarna voerden ze nog een onderzoek uit dat gericht was op het bestuderen van het vermogen van het naaktslakorganisme om gebeurtenissen te voorspellen en te onthouden, ondanks de afwezigheid van hersenen.
Als onderdeel van het experiment werd een malmonster geplaatstop een stuk plastic, waarna het mocht groeien in speciaal gecreëerde ideale omstandigheden (hoge temperatuur, vochtigheid). Vervolgens werd het monster met regelmatige tussenpozen plotseling blootgesteld aan koude en droge lucht, waarbij de schimmel de groeisnelheid sterk vertraagde.
Een gele slijmerige schimmel, Physarum polycephalum, groeit over een omgevallen stam.
Toen gebeurde er iets onverwachts:na verschillende tussenpozen begon de slakkenvorm het moment te "voorspellen" waarop hij aan de koude lucht zou worden blootgesteld, en vertraagde zijn groei van tevoren om energie te besparen.
Als gevolg hiervan ontdekten de onderzoekers dat het bestudeerde organisme het vermogen heeft om te leren, ondanks de volledige afwezigheid van enige schijn van hersenen.
Netwerkvermogen
In 2010 begonnen Japanse wetenschappers Physarum polycephalum opnieuw te bestuderen - deze keer wilden ze weten of dit organisme in staat is om effectieve netwerken te vormen.
Ze hebben een miniatuurversie van het circuit nagebouwdTokyo Railways gebruikt havermout om de locaties van steden te markeren en een monster van een naaktslakorganisme op een stuk haver dat Tokyo vertegenwoordigt. Het is vermeldenswaard dat de aanleg van een echt spoorwegnet te wijten was aan de eigenaardigheden van het natuurlijke reliëf (bergen, rivieren, enz.). Deze obstakels werden minutieus nagebootst met behulp van afzonderlijke lichtbronnen met verschillende intensiteiten. Feit is dat plasmodia felle verlichting vermijden.
De Grote Gele Vlek vertegenwoordigt Tokio en zohet punt waar het Physarum-exemplaar oorspronkelijk was geplaatst; van hieruit verspreidde de slijmerige schimmel zich tot kleine witte stippen (die de belangrijkste nabijgelegen steden vertegenwoordigen), en verdunde alleen verder tot de belangrijkste verbindingen daartussen. Dit proces kostte het lichaam slechts 26 uur.
Na talloze tests kwamen de onderzoekersconcludeerde dat de mal "kenmerken vertoonde die vergelijkbaar waren met die van het spoorwegnet in termen van kosten, transportefficiëntie en veerkracht", en het bereikte dit door een "proces te creëren om selectief voorkeursroutes te versterken terwijl overtollige verbindingen werden verwijderd".
Met behulp van de bevindingen ontwikkelde het team een biologisch geïnspireerd wiskundig model voor adaptief netwerkontwerp.
“Wat mensen meer dan 100 jaar heeft gekost, is moeilijkhet systeem dat werd ontwikkeld door ingenieurs en stedenbouwkundigen, werd in iets meer dan een dag door schimmel nagebouwd ”, zei bioloog Heather Barnett op een TED-conferentie over deze organismen. "Myxomycetes - een analoog van een biologische computer."
Werk vooruit en uitdagingen
Ondanks het feit dat deze slijmerige schimmelveel voordelen, het feit dat het constant verandert, maakt het niet mogelijk om er langlevende apparaten van te maken; als gevolg hiervan zijn de computermogelijkheden van slijmvliezen beperkt tot experimentele laboratoriumfaciliteiten.
Volgens Dehshibi echter basidiomycetendoor hun ontwikkeling en gedrag zijn ze toegankelijker, minder vatbaar voor infecties, groter van formaat en handiger in het gebruik dan slijmvliezen. Bovendien kan er gemakkelijk buiten worden geëxperimenteerd met Pleurotus ostreatus, wat mogelijkheden biedt voor nieuwe toepassingen. Dit maakt paddenstoelen een ideaal doelwit voor toekomstige levende computerapparatuur.
Problemen bij het gebruik van paddenstoelen
Een UOC-onderzoeker verklaarde:“Naar mijn mening hebben we nog twee hoofdproblemen op te lossen. De eerste is om de berekening [van het schimmelsysteem] daadwerkelijk uit te voeren voor een specifiek doel; met andere woorden, een berekening die logisch is. De tweede is om de eigenschappen van paddenstoelensubstraten te karakteriseren met behulp van logische mappings om het ware computationele potentieel van myceliumnetwerken bloot te leggen. " Met andere woorden, hoewel we weten dat paddenstoelen potentieel hebben, moeten wetenschappers nog steeds uitzoeken hoe ver het gaat en hoe het voor praktische doeleinden kan worden gebruikt.
Het wachten kan echter niet lang duren.Het eerste prototype, ontwikkeld door een team van wetenschappers, dat deel uitmaakt van de studie, zal het toekomstige ontwerp en de constructie van gebouwen met unieke mogelijkheden vereenvoudigen dankzij biomaterialen voor schimmels. Deze innovatieve benadering bevordert het gebruik van een levend organisme als bouwmateriaal dat ook geschikt is voor berekeningen. Wanneer het project om paddenstoelen te onderzoeken als materiaal voor draagbare apparaten in december 2022 is voltooid, zal het FUNGAR-project een groot paddenstoelengebouw bouwen in Denemarken en Italië, evenals een kleinere versie op de campus van UWE Bristol Frenchai.
Prototype FUNGAR.
Alleen tot op hedenkleine modules - stenen en platen. NASA is echter ook geïnteresseerd in het idee en zoekt naar manieren om bases op de maan en Mars te bouwen om inactieve geschillen naar andere planeten te sturen.
Waar komt het op neer?
'Het leven in een paddenstoel lijkt je misschienvreemd, maar waarom is het zo vreemd om te denken dat we in iets levends kunnen leven? Dit zou een zeer interessante ecologische verschuiving betekenen waarmee we beton, glas en hout zouden kunnen afschaffen. Stel je voor: scholen, kantoren en ziekenhuizen die voortdurend groeien en herbouwen. Dit is het toppunt van duurzaam leven. "
Volgens de auteurs van het artikel is het doel van schimmelcomputers zijn geen vervanging voor siliciumchips. Hiervoor zijn schimmelreacties te traag. Ze denken eerder dat mensen mycelium dat in een ecosysteem groeit, kunnen gebruiken als een "grootschalige omgevingssensor". Volgens hen volgen schimmelnetwerken een groot aantal datastromen als onderdeel van hun dagelijks bestaan. Als we myceliumnetwerken zouden kunnen aanboren en de signalen die ze gebruiken om informatie te verwerken, zouden kunnen interpreteren, zouden we meer kunnen leren over wat er in het ecosysteem gebeurt.
Lees verder
Abortus en wetenschap: wat gebeurt er met de kinderen die zullen bevallen
Wetenschappers ontwikkelen een nieuw type optische kwantumcomputer
Genoemd naar een plant die niet bang is voor klimaatverandering. Het voedt een miljard mensen
Domein (superrijk) van levende organismen, waarvan de cellen een kern bevatten. Alle organismen, behalve prokaryoten (bacteriën en archaea), zijn nucleair.
innovatief ontwerpbedrijf
Oesterzwam, Oesterzwam of Oesterzwam (lat. Pleurotus ostreatus)
paddestoel draden
sporen dragende laag