Los hongos vivos cultivados dentro de la estructura de un edificio podrían actuar como un sensor, detectando los cambios en la luz, los contaminantes y la temperatura, al tiempo que las computadoras analizarían toda esa información para gestionar los sistemas automatizados. Cuando se reconozcan cambios particulares, el sistema tendría el potencial de responder de manera adaptativa controlando dispositivos conectados, como luces y calentadores. Esta es la base de investigación del proyecto Fungal Architectures (Fungar).
Este proyecto ha investigado dos usos de los hongos vivos. Por un lado, utilizar micelio de hongos vivos para construir edificios fúngicos, que crecerían, se construirían y se repararían solos dependiendo del sustrato suministrado, adaptándose naturalmente al medio ambiente. Por otro lado, para desarrollar componentes electrónicos basados en micelio, para tomar decisiones que mejoren el funcionamiento de los equipos inteligentes.
Fungar, liderado por la Universidad del Oeste de Inglaterra (Bristol), se ha centrado tanto en las propiedades mecánicas de los compuestos de micelio como el potencial eléctrico existente en los hongos. En el proyecto se obtuvieron resultados pioneros en electrónica e informática fúngicas, como en el desarrollo de sensores y dispositivos portátiles sensibles fúngicos, así como prototipos de osciladores, condensadores, memristores y filtros de paso bajo fúngicos.
Técnica de tejido triaxial Kagome
El micelio es una estructura de los hongos parecida a una raíz, consistente en una masa de hifas ramificadas y de textura como de hilo. Gracias a esta estructura, se han descubierto la existencia de propiedades eléctricas que pueden aprovecharse para fabricar dispositivos inteligentes más sostenibles. Además, al utilizar hongos como sustrato estructural y computacional integrado, los edificios tendrían bajos costos de producción y funcionamiento, inteligencia artificial integrada y podrían regresar a la naturaleza cuando ya no estén en uso.
Para construir un material integrado, el equipo de Fungar empleó una técnica de tejido triaxial llamada Kagome, que permitió producir un molde y una superficie fija que pueden ser colonizados por el hongo. El tejido real de los artefactos es hápticamente complejo en cuanto a la fijación y colocación del material, los movimientos para lograr el entrelazado y los ajustes continuos a medida que se desarrolla la trama. Como consecuencia, el tejido triaxial automatizado suele limitarse a la producción de tejidos planos.
Los investigadores desarrollaron un efector final de prueba de concepto para una plataforma robótica industrial, con un sistema de retroalimentación visual que permite modificar la trayectoria en tiempo real. También se creó un método digital para producir patrones de tejido con principios de geometrías objetivo. Se probó a gran escala en un tejido de más de 50.000 células, que cubría una superficie de unos 300 m2.
El hongo como alternativa al moho limoso
Los dispositivos electrónicos portátiles no pueden crecer ni repararse por sí solos, limitando su aplicación en el campo de la robótica blanda y los robots de crecimiento automático. Estos límites se pueden superar mediante la incorporación de tejidos vivos en los dispositivos portátiles inteligentes.
En estudios anteriores, se obtuvo una solución a este problema haciendo crecer el moho mucilaginoso P. polycephalum (moho limoso) en la superficie de las telas o en el cuerpo de un robot. El moho limoso es un biosensor de estímulos químicos, mecánicos y ópticos, pero es bastante frágil, ya que depende en gran medida de las condiciones ambientales y requiere fuentes específicas de nutrientes.
Sin embargo, los hongos podrían ser una alternativa viable al moho limoso, ya que los materiales fúngicos (sustratos de cultivo colonizados con micelio de hongos filamentosos) son robustos, fiables y ecológicos de los materiales y tejidos de construcción convencionales.
Los hongos detectan la luz, los productos químicos, los gases, la gravedad y los campos eléctricos, al tiempo que muestran una respuesta pronunciada a los cambios en el pH del sustrato, estimulación mecánica, metales tóxicos, CO2 y hormonas del estrés. Por lo tanto, los dispositivos portátiles hechos o que incorporan telas colonizadas por hongos podrían actuar como una gran red sensorial distribuida.
Se sabe que los hongos responden a estímulos químicos y físicos cambiando los patrones de su actividad y sus propiedades eléctricas. Esta característica permitiría interconectar dispositivos portátiles fúngicos con la electrónica convencional.
En vista de su extensión e interconectividad, las redes de hongos representan ciertamente un sustrato formador de infraestructura sostenible, capaz de conectar lugares separados por un espacio considerable. Además, hay indicios de que las redes de micelio no solo detectan los estímulos externos, sino que también procesan información, y que existe una oportunidad factible de convertir las respuestas de los hongos en circuitos booleanos, haciendo así que los dispositivos portátiles fúngicos sean redes de procesamiento biológico paralelas.
El micelio desecado y tratado es inactivo e incapaz de funcionar como componente electrónico o de reaccionar con actividad eléctrica a estímulos táctiles, químicos u ópticos. Para solventar este problema, los investigadores han combinado nanopartículas y polímeros para fabricar productos electrónicos a base de micelio. Este material se cultiva dentro de la estructura tejida triaxial en un edificio fúngico. Este edificio se ha construido en Dinamarca e Italia a gran escala y una versión a menor escala en Bristol.
Dispositivos portátiles basados en hongos
Los investigadores de Fungar consideran que los desarrollos futuros en el campo de los dispositivos portátiles con hongos pueden ir en varias direcciones. La primera dirección es computacional. Una colonia de hongos vivos puede incluir una variedad de funciones booleanas y se podría implementar un mapeo experimental entre un conjunto de estímulos y distribución de puertas booleanas implementadas en dispositivos portátiles de hongos. En respuesta a un estímulo particular, el dispositivo portátil fúngico generará un conjunto único de funciones booleanas.
La segunda dirección es el desarrollo de una tela a gran escala hecha exclusivamente de micelio y la adaptación de la tela para crear dispositivos portátiles. Dicho tejido micelial se puede preparar utilizando cultivos de hongos poliporoides trimíticos, que aparentemente se prefieren para la producción de pieles de hongos resistentes, como el cuero de hongos o el microcuero. Más específicamente, se puede preparar un tejido fúngico vertiendo una solución homogeneizada.
La tercera dirección sería cultivar hongos directamente sobre las prendas de vestir. Esto permitirá lograr una respuesta completa en telas y prendas. La cuarta dirección se enfoca en el desarrollo de dispositivos portátiles fúngicos, utilizando hifas fúngicas, como cables y resistencias programables (por ejemplo, con luz) o dispositivos de conmutación resistivos activados eléctricamente en arquitecturas híbridas que incorporan electrónica flexible convencional y corriente.
Se puede encaminar la dirección de los cables de los hongos disponiendo fuentes de atrayentes y repelentes. El aislamiento de cables de hongos, así como conexiones localizadas cuando se requieren matrices ordenadas, como la disposición de barras transversales, podría realizarse utilizando materiales inorgánicos, como óxidos metálicos de la función de trabajo adecuada depositados mediante deposición de capas atómicas o impreso digitalmente a gran escala, también en caso de superficies irregulares.
Arquitecturas fúngicas
En base a esto, el proyecto Fungar ha publicado el documento ‘Arquitecturas fúngicas’, que explica las técnicas, los métodos y los conocimientos sobre el cultivo de material fúngico, incluidas las modificaciones funcionales del micelio con partículas inorgánicas, la modificación y evaluación de las propiedades mecánicas de los compuestos de micelio.
Además de las estrategias para mejorar el comportamiento a la flexión de los compuestos, las colmenas a partir de materiales fúngicos su pueden aplicar a la biosoldadura y el refuerzo de material compuesto, a los biorreactores para la producción de hongos, a la coproducción de material compuesto por hongos y bacterias, al crecimiento de estructuras de micelio a gran escala, a la absorción acústica por material compuesto y a la parametrización geométrica de hongos.