Varför och hur man använder svamp?
Till att börja med är det värt att nämna att svampar, först och främst, är den levande naturens rike,
Allt från champinjoner till mögel i taket är svampar.
Gemensam forskning med deltagande av universitetetVästengland (UWE Bristol), Mogu Srl, Italian Institute of Technology (IIT) och Universitat Oberta de Catalunya (UOC) har alla visat att svampar har otroliga egenskaper. De låter dem uppfatta och bearbeta yttre stimuli som ljus, sträckning, temperatur, närvaron av kemikalier och till och med elektriska signaler.
Forskare är övertygade om att detta kommer att bana väg för uppkomstennya svampmaterial med många intressanta egenskaper, inklusive stabilitet, hållbarhet, reparerbarhet och anpassningsförmåga. Genom att utforska potentialen hos svampar som komponenter i bärbara enheter, bekräftade studien potentialen hos dessa biomaterial att användas som effektiva sensorer med ett oändligt antal möjliga tillämpningar. Låt oss påminna dig om att bärbara enheter är en sorts miniatyrdatorer: armband, glasögon, klockor och till och med klädesplagg - med trådlös lokal eller fjärranslutning till andra datorer. Typiskt är sådana enheter utrustade med sensorer som övervakar olika former av fysisk aktivitet eller miljöparametrar där användaren befinner sig.
Svampar gör smarta bärare ännu smartare
Det är osannolikt att människor hittar svampar som ett lämpligt material.för produktion av prylar, särskilt smarta enheter som stegräknare eller mobiltelefoner. Bärbara enheter kräver komplexa kretsar som ansluter till sensorer och har åtminstone viss processorkraft. Detta uppnås genom sofistikerade procedurer och speciella material. Grovt sett är det de som gör dem "smarta". Samarbetet mellan professor Andrew Adatzki och Dr.Anna Nicolaidou från UWE, Anthony Gandia, CTO för Mogu Srl, professor Alessandro Ciolerio från IIT och doktorand Mohammad Mahdi Dehshibi, forskare vid UOC, har visat att svampar kan läggas till i listan över dessa material.
Vad kan svamparna göra?
Faktum är att en nyligen genomförd studie, "Reactive fungal wearable", presenterad i tidskriften Biosystem, ostronsvampens förmåga att känna sig yttreirriterande ämnen som kan komma från till exempel människokroppen. För att testa svampens förmåga att svara som ett biomaterial analyserar och beskriver studien dess roll som en biosensor som kan skilja mellan kemiska, mekaniska och elektriska stimuli.
”Svampar är de största, mest bredaden mest utbredda och äldsta gruppen av levande organismer på planeten, förklarar Dr. Dehshibi och tillägger: "De växer väldigt snabbt och binder till underlaget." Svampar kan till och med bearbeta information som datorer gör, enligt en forskare vid UOC.
Svampprogrammering
Forskaren är säker på att svamp till och med kan vara det"program" - nämligen deras geometri och teoretisk-grafiska struktur för mycelnätverk. Svamparnas elektriska aktivitet kan sedan användas för att implementera beräkningskretsar. Låter det orealistiskt? Låt oss titta på vad mycel är.
Mycelet är den vegetativa kroppensvamp, som har förmågan att ändra sin struktur, samtidigt som de bildar speciella organ som säkerställer tillförlitlig fastsättning till substratet, näring och efterföljande reproduktion. Faktum är att mycelet inte är något annat än det mycel som alla känner till. Det är här svampen faktiskt börjar växa, så med till exempel mycelet från en porcini-svamp eller en oljeburk kan du mycket framgångsrikt odla dem på vilken plats som helst som är lämplig för detta ändamål. Och genom att ändra dess struktur vid själva ursprunget kan du ändra "svampens beteende".
Förresten, svamp svarar inte bara på stimuli ochsignaler utlöses därefter. Deras struktur gör det möjligt för forskare att manipulera dem för att utföra beräkningsuppgifter, med andra ord för att bearbeta information. Som ett resultat är förmågan att skapa riktiga datorkomponenter från svampmaterial inte längre science fiction. Faktum är att svampkomponenterna kommer att kunna plocka upp och svara på externa signaler som aldrig tidigare.
Varför använda svamp?
Vid första anblicken kan det tyckas såatt använda svamp är en dålig idé. De behöver tas om hand, de sönderdelas, har liten stabilitet, kan avge lukt osv. Men de flesta av dessa problem har redan lösts! Som forskare noterar är arbete med levande organismer "i allmänhet förknippat med vissa svårigheter." Med detta i åtanke och efter att ha analyserat alla alternativ valde teamet till slut basidiomycetes, en division av svampriket, för sin studie.
En typ av svamp till skillnad från andra - Basidiomyceter
Idag känner vetenskapen till 36 klasser av svamp,förenade i fyra divisioner - överlägsen, imperfekt, underlägsen och svampliknande. Basidiomycetes (lat. Basidiomycetes) eller basidiomycetes är en av huvudklasserna av högre svampar. De skiljer sig från andra i sin kost och biologi. De har välutvecklade hyfer med septa, deras celler innehåller två kärnor, och ett karakteristiskt drag hos basidiomyceter är bildandet av basidier i hymenoforen. Dessa är speciella sporbildningsorgan, bestående av en svullen terminal cell med två eller fyra sporer. På dem, exogent, det vill säga under påverkan av en yttre orsak, föds immobila basidiosporer (sporer av sexuell reproduktion).
Mycelium
Dessa svampar är mindre associerade med sjukdomar och andraproblem orsakade av deras släktingar när de växer inomhus. Dessutom används mycelbaserade produkter redan kommersiellt i byggandet. Dessa svampar kan formas på olika sätt. En sådan konstruktion liknar en cementkonstruktion, men det tar bara fem dagar till två veckor att skapa ett geometriskt utrymme. Dessutom skadar svamp inte miljön lika mycket som produktionen av cement. Med tanke på att de matar på avfall för att växa kan de faktiskt betraktas som miljövänliga.
En närbild av svampen Amanita muscaria, allmänt känd som flugsvampen, är en basidiomycete-svamp.
"Svamparkitektur"
"Svamparkitektur" i sig är inte enny. Befintliga strategier inom detta område inkluderar att odla en organism till önskad form med hjälp av små moduler som tegelstenar, block eller ark. De torkas sedan för att döda kroppen och lämnar den stabila föreningen luktfri.
Men enligt experten är det möjligt i denna riktningta det ett steg längre genom att bevara myceliet och integrera det i nanopartiklar och polymerer för att utveckla elektroniska komponenter. Datorsubstratet odlas i textilform för att ge det ytterligare struktur. Under det senaste decenniet har professor Adamatzki skapat flera prototyper av sensoriska och datoranordningar som använder slemformen av Physarum polycephalum, inklusive olika beräkningsgeometriprocessorer och hybridelektroniska enheter.
Formens geni Physarum Polycephalum
Vid första anblicken är Physarum polycephalum inte detär av särskilt intresse. Växande främst på nedbrytningsprodukter i skogar, är denna ljusgula mögel tydligt inte suggestiv. Ännu mindre imponerande är organismens strukturella struktur: den är encellad, har bara en kvarvarande mängd DNA, proteiner och enzymer, dessutom växer den i obetydlig hastighet - bara 1 millimeter per timme.
Trots alla listade nackdelar,denna plasmodiala snigelmugg är anmärkningsvärt väldigt god. Att övervinna konstgjorda labyrinter, återskapa komplexa, mänskligt konstruerade banor, samtidigt som man undviker tendensen till upprepning, fokuserade denna organism på sig själva uppmärksamheten hos många forskare runt om i världen tidigt på 2000-talet.
Fruktkroppar av slemhinnor eller myxomycete Physarum polycephalum ser ut som svampar med flera huvuden
Lösa problemet på kortast möjliga sätt
År 2001 bildades ett forskargrupp från Hokkaido University (Japan) för att studera förmågan hos denna organism att ta sig igenom labyrinterna.
Formprovet delades upp i flerafragment och placeras sedan jämnt i labyrintfältet. Inom några timmar hade formen vuxit, bundit ihop alla de spridda fragmenten och fyllt nästan alla möjliga vägar. Och när forskarna placerade små bitar havregryn vid labyrintens ingång och utgång hände något fantastiskt.
Långsamt men säkert kröp slemet ut ur allalabyrintens återvändsgränd och koncentrerade sig på den mest effektiva banan som leder till mat. "Separera tjocka venliknande former", som forskarna skrev, "ansluta två punkter med en bana så nära den kortaste vägen som möjligt."
Som ett resultat av experimentet bestämde forskarna att denna organism har någon form av rudimentär glans av sinnet.
Förmåga att lära sig och ändra beteende
Physarum polycephalum studerade vid universitetetHokkaido och sju år senare. Sedan genomförde de en annan studie som syftade till att studera slugorganismens förmåga att förutsäga och komma ihåg händelser, trots frånvaron av en hjärna.
Som en del av experimentet placerades ett mögelprovpå ett plastark, varefter det fick växa under speciellt skapade ideala förhållanden (hög temperatur, fuktighet). Därefter exponerades provet med jämna mellanrum plötsligt för kall och torr luft, under vilken formen kraftigt saktade ner tillväxthastigheten.
En gul slemmig mögel, Physarum polycephalum, växer över en fallen stock.
Då hände något oväntat:efter flera intervaller började snigelformen "förutsäga" det ögonblick då den skulle utsättas för den kalla luften och bromsade i förväg sin tillväxt för att spara energi.
Som ett resultat fann forskarna att den studerade organismen har förmågan att lära sig, trots den fullständiga frånvaron av hjärnans sken.
Nätverksförmåga
År 2010 började japanska forskare studera Physarum polycephalum igen - den här gången ville de ta reda på om denna organism kan bilda effektiva nätverk.
De återskapade en miniatyrversion av kretsenTokyo järnvägar som använder havregryn för att markera platserna för städer och ett prov av en snigelorganism på en bit havre som representerar Tokyo. Det är värt att notera att byggandet av ett riktigt järnvägsnät berodde på den naturliga lättnadens särdrag (berg, floder etc.). Dessa hinder återskapades noggrant med hjälp av separata ljuskällor med olika intensitet. Faktum är att plasmodia undviker stark belysning.
The Great Yellow Spot representerar Tokyo och detden punkt där Physarum-exemplet ursprungligen placerades; härifrån spred sig den slemmiga formen till små vita prickar (som representerar de viktigaste närliggande städerna) och tunnades ut bara till huvudförbindelserna mellan dem. Denna process tog kroppen bara 26 timmar.
Efter flera tester, forskarnadrog slutsatsen att formen "visade egenskaper som liknar de hos järnvägsnätet när det gäller kostnad, transporteffektivitet och fjädringsförmåga", och den uppnådde detta genom att skapa en "process för att selektivt förstärka föredragna rutter samtidigt som man tar bort överflödiga länkar."
Med hjälp av resultaten utvecklade teamet en biologiskt inspirerad matematisk modell för adaptiv nätverksdesign.
”Det som tog människor mer än 100 år är svårtsystemet som utvecklas av ingenjörer och stadsplanerare återskapades av mögel på drygt en dag, säger biolog Heather Barnett vid en TED-konferens om dessa organismer. "Myxomycetes - en analog av en biologisk dator."
Arbeta framåt och utmaningar
Trots det faktum att denna slimiga mögelmånga fördelar, det faktum att det ständigt förändras, tillåter inte att skapa långlivade enheter från det; som ett resultat är beräkningsförmågan hos slemhinnan begränsad till experimentella laboratorieanläggningar.
Men enligt Dehshibi, basidiomycetespå grund av deras utveckling och beteende är de mer tillgängliga, mindre mottagliga för infektioner, större i storlek och bekvämare att hantera än slemhinnan. Dessutom kan Pleurotus ostreatus enkelt experimenteras med utomhus, vilket möjliggör nya applikationer. Detta gör svamp till ett idealiskt mål för framtida levande datoranordningar.
Problem med att använda svamp
En UOC-forskare uppgav:”Enligt min mening har vi fortfarande två huvudproblem att lösa. Den första är att faktiskt implementera beräkningen [av svampsystemet] för ett specifikt syfte; med andra ord en beräkning som är vettig. Den andra är att karakterisera egenskaperna hos svampsubstrat med hjälp av logiska mappningar för att avslöja den verkliga beräkningspotentialen hos mycelnätverk. ” Med andra ord, medan vi vet att svampar har potential, måste forskare fortfarande ta reda på hur långt det går och hur det kan användas för praktiska ändamål.
Väntetiden kanske dock inte är lång.Den ursprungliga prototypen, utvecklad av ett forskargrupp, som ingår i studien, kommer att förenkla den framtida designen och byggandet av byggnader med unika funktioner tack vare svampbiomaterial. Detta innovativa tillvägagångssätt främjar användningen av en levande organism som ett byggmaterial som också är anpassat för beräkning. När projektet för att undersöka svampar som material för bärbara apparater slutar i december 2022 kommer FUNGAR-projektet att bygga en stor svampbyggnad i Danmark och Italien, samt en mindre version på UWE Bristol Frenchai campus.
Prototyp FUNGAR.
Hittills barasmå moduler - tegel och lakan. Men NASA är också intresserad av idén och letar efter sätt att bygga baser på månen och Mars för att skicka inaktiva tvister till andra planeter.
Vad är slutresultatet?
”Livet i en svamp kan tyckas för digkonstigt, men varför är det så konstigt att tro att vi kan leva i något levande? Detta skulle innebära ett mycket intressant ekologiskt skifte som skulle göra det möjligt för oss att avskaffa betong, glas och trä. Föreställ dig skolor, kontor och sjukhus som ständigt växer och byggs om. Detta är toppen av ett hållbart liv. "
Enligt författarna till artikeln, syftet med svampdatorer är inte ersättare för kiselchips. Svampreaktioner är för långsamma för detta. Snarare tror de att människor kan använda mycelium som växer i ett ekosystem som en "storskalig miljösensor." Enligt deras åsikt spårar svampnätverk ett stort antal dataströmmar som en del av deras dagliga existens. Om vi kunde ansluta till mycelnätverk och tolka signalerna som de använder för att bearbeta information kan vi lära oss mer om vad som händer i ekosystemet.
Läs mer
Abort och vetenskap: vad kommer att hända med barnen som kommer att föda
Forskare utvecklar en ny typ av optisk kvantdator
Namngivna en växt som inte är rädd för klimatförändringar. Det matar en miljard människor
Domän (superriket) av levande organismer, vars celler innehåller en kärna. Alla organismer, förutom prokaryoter (bakterier och archaea), är nukleära.
innovativt designföretag
Ostronsvamp, Ostronsvamp eller Ostronsvamp (lat. Fleurotus ostreatus)
svamptrådar
sporbärande lager