Как создать доступные датчики с помощью слизевика

Physarum polycephalum (буквально «многоголовый слизень») — это слизевик, обитающий во влажных и тёмных местах, например, в гниющей древесине. Благодаря своей способности реагировать на такие стимулы, как свет, химические вещества и вибрации, этот одноклеточный, саморастущий организм привлёк внимание учёных. Его поведенческая модель формирования сети протоплазматических трубок для движения к источнику пищи по кратчайшим путям оказалась полезной для компьютерных наук, где планирование маршрутов — часто изучаемая тема.

Используя слизевик, финансируемый ЕС проект PhySense разрабатывает коммерческие биосенсоры для различных применений, включая мониторинг окружающей среды и здравоохранение. Как поясняется в новостном материале Европейской комиссии, команда проекта сделала прототип недорогой биосенсорной технологии доступной для университетов, школ, исследовательских центров и гражданских учёных. Проект также имеет онлайн-портал и базу данных, где участники могут делиться своими результатами.

Широкий спектр применений

Согласно тому же источнику, соисследователь проекта и ведущий разработчик Нил Филлипс заявляет: «С увеличением количества загрязнителей окружающей среды, которые могут представлять угрозу для людей и всей экосистемы, потребность в более быстрых и точных биосенсорах высока».

Биосенсор преобразует биологический отклик в электрический сигнал. По той же логике, слизевику дают вырасти между электродами, подключёнными к электронным устройствам, которые усиливают и измеряют реакции организма на различные стимулы, такие как окружающий свет, влажность и питательные вещества. Программное обеспечение PhySense вычисляет и отслеживает любые изменения в частоте и амплитуде колебаний в трубчатых структурах, которые составляют большую часть тела Physarum polycephalum.

Координатор проекта профессор Эндрю Адамацки подчёркивает, что любой может запустить биосенсор на основе слизевика, поскольку ему не требуется высокоразвитая система жизнеобеспечения. «Поэтому мы решили рассмотреть автономное живое существо, которое не требует сложной поддержки и может выживать в течение длительного периода времени без лабораторного оборудования», — говорит он. Области применения биосенсоров включают разработку лекарств, биомедицину, безопасность пищевых продуктов, оборону и безопасность.

Идеальный инструмент

PhySense (Physarum Sensor: Biosensor for Citizen Scientists), завершившийся в 2018 году, является продолжением проекта PhyChip, который реализовывался с 2013 по 2016 год. PhyChip (Physarum Chip: Growing Computers from Slime Mold) показал, что слизевик можно использовать в качестве преобразователя или живого преобразователя энергии в механических, оптических и химических датчиках. На сайте проекта указано: «Мы обнаружили, что плазмодий P. polycephalum является идеальным биологическим субстратом, потому что он достаточно "прост", чтобы его можно было изучать как пространственно расширенную нелинейную среду, и в то же время достаточно устойчив и богат поведением для реализации широкого спектра вычислительных процедур». Эти задачи включали решение лабиринтов, расчёт эффективных сетей, построение логических вентилей, разделение пространственных конфигураций точек данных и управление роботами.