Pilzmyzel steuert Roboter mit UV-Licht

Niemand weiss, wovon schlafende Pilze träumen, wenn ihre weit verzweigten Myzelnetzwerke aufblitzen und mit elektrochemischen Reaktionen pulsieren, die jenen unserer eigenen Gehirnzellen ähneln.

Doch was könnte dieses Geflecht aus Impulsen tun, wenn es die Gelegenheit zu einem kurzen Moment der Freiheit bekäme?

Pilzmyzel steuert mobile Roboter

Ein fachübergreifendes Forschungsteam der Cornell University in den USA und der Universität Florenz in Italien ist dieser Frage kürzlich nachgegangen. Dafür liessen die Forschenden eine Kultur des essbaren Pilzes Pleurotus eryngii – auch Kräuterseitling genannt – ein Paar Fahrzeuge steuern, die sich zuckend und rollend über eine ebene Fläche bewegen können.

In einer Reihe von Versuchen zeigte das Team, dass sich die elektrophysiologische Aktivität des Pilzes nutzen lässt, um Umweltsignale in Steuerbefehle zu übersetzen. Diese Anweisungen können wiederum die Bewegungen eines mechanischen Geräts antreiben.

„Indem wir Myzel in die Elektronik eines Roboters wachsen liessen, konnten wir der biohybriden Maschine ermöglichen, ihre Umgebung wahrzunehmen und darauf zu reagieren“, erklärte der leitende Forscher Rob Shepherd, Materialwissenschafter an der Cornell University, als die Studie im August veröffentlicht wurde.

Die Verbindung von Lebewesen und Maschinen ist keineswegs neu. Die Evolution hatte Hunderte Millionen Jahre Zeit, organische Maschinen zu optimieren. Daher liegt es nahe, dass wir uns bei der Entwicklung widerstandsfähiger Geräte, die nach unseren Vorstellungen wahrnehmen, denken und sich bewegen können, biologische Abkürzungen zunutze machen.

Pilze als Bausteine für Kybernetik

Erstaunlicherweise ist das Reich der Pilze für kybernetische Technologien bislang weitgehend eine unerschlossene Fundgrube.

Schimmelpilze und Grosspilze lassen sich vergleichsweise einfach kultivieren, benötigen nur wenige Voraussetzungen und können oft dort überleben, wo viele andere Organismen Schwierigkeiten hätten. Für Ingenieurinnen und Ingenieure könnten sie daher vielfältige robuste, lebende Komponenten für nahezu jeden sensorischen oder sogar rechnerischen Bedarf liefern.

Meist unsichtbar reagieren Netzwerke feiner Pilzfäden auf Veränderungen in ihrer Umgebung, während sie den Boden auf der Suche nach Ressourcen durchziehen.

Bei einigen Arten ist sogar eine elektrische Aktivität über Zellmembranen hinweg messbar, die unseren neuronalen Reaktionen ähnelt. Das eröffnet Forschenden möglicherweise die Chance, ihren verborgenen Gesprächen zu lauschen.

UV-Licht löst Bewegungen der Geräte aus

Die Forschenden verwendeten Algorithmen, die auf der extrazellulären Elektrophysiologie von P. eryngii-Myzelien basierten, und leiteten deren Ergebnisse an eine Mikrocontrollereinheit weiter. Auf diese Weise nutzten sie Aktivitätsspitzen, die durch einen Reiz ausgelöst wurden – in diesem Fall UV-Licht –, um mechanische Reaktionen bei zwei unterschiedlichen mobilen Geräten zu schalten.

Unter kontrollierten Bedingungen steuerte das Team mit den Signalen einer Pilzkultur die Bewegungen eines weichen Roboters mit fünf Gliedmassen sowie eines kabellosen Fahrzeugs mit vier Rädern.

Dabei gelang es ihnen, die „natürlichen“ Impulse der Pilze zu beeinflussen und ausser Kraft zu setzen. Damit belegten sie, dass sich die sensorischen Fähigkeiten dieses Systems gezielt für ein gewünschtes Ergebnis einsetzen lassen.

„Bei einem solchen Projekt geht es nicht nur darum, einen Roboter zu steuern“, sagte der Biorobotiker Anand Mishra von der Cornell University.

„Es geht auch darum, eine echte Verbindung mit dem lebenden System herzustellen. Denn sobald man das Signal hört, versteht man auch, was vor sich geht. Vielleicht stammt dieses Signal von einer Art Stress. Man sieht also die physische Reaktion, weil wir diese Signale nicht visualisieren können, der Roboter sie aber sichtbar macht.“

So unbeholfen ein „Robopilz“ auch wirken mag: Der eigentliche Nutzen des Systems könnte eines Tages in einfacheren mechanischen Konstruktionen liegen. Diese könnten komplexe Veränderungen von Umweltreizen auswerten, um einem Boden präzise Mengen an Nährstoffen oder Pestiziden zuzuführen, auf steigende Schadstoffwerte automatisch abgestimmte Reaktionen auszulösen oder sogar auf Veränderungen in unserem eigenen Körper zu reagieren.

In den leisen Signalen der Pilze steckt eine tiefere Weisheit, die wir gerade erst zu verstehen beginnen. Wenn man ihnen die Gelegenheit gibt, könnten sie uns vielleicht eines Tages sogar erzählen, wovon sie träumen.

Die Studie wurde in Science Robotics veröffentlicht.

Eine frühere Fassung dieses Artikels erschien im September 2024.