'Wearables' i dispositius fets amb fongs: biomaterials per a un futur de ciència-ficció

Els fongs són un dels organismes més antics i tenaços del món. I ara també es podrien trobar entre els materials de confecció de roba, de ginys i de construcció més útils. Una recerca duta a terme en una col·laboració entre la Universitat de l'Oest d'Anglaterra a Bristol (UWE Bristol), Mogu, l'Institut Italià de Tecnologia i els Estudis d'Informàtica, Multimèdia i Telecomunicació de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC) ha demostrat que aquests organismes tenen propietats increïbles que permetrien poder sentir i processar diversos estímuls externs: la llum, les deformacions, la temperatura, la presència de substàncies químiques i, fins i tot, els senyals elèctrics.

El treball podria impulsar l'aparició de nous materials fúngics que ofereixen una infinitat de característiques interessants, entre les quals hi ha la sostenibilitat, la durabilitat, la capacitat de reparació i l'adaptabilitat. L'estudi, que explora la capacitat de fer servir els fongs com a components per a wearables o dispositius portàtils, ha comprovat la possibilitat d'emprar aquests biomaterials com a sensors eficients i amb múltiples aplicacions.

Fongs per fer que els wearables intel·ligents siguin «més intel·ligents»

Ben poca gent pensaria en els fongs com un material adequat per crear un dispositiu, especialment si és intel·ligent, com ara un podòmetre o un mòbil. Els dispositius portables (wearables) requereixen circuits molt sofisticats que van connectats a sensors, a més de certa capacitat de computació. Això, grosso modo, és el que els defineix com a «intel·ligents», cosa que aconseguim mitjançant procediments i materials complexos. No obstant això, la col·laboració entre Andrew Adamatzky; Anna Nikolaidou, del Laboratori d'Informàtica no Convencional de la UWE Bristol; Antoni Gandia, director de Tecnologia de Mogu; Alessandro Chiolerio, de l'Institut Italià de Tecnologia, de Torí, i Mohammad Mahdi Dehshibi, investigador de l'Scene Understanding and Artificial Intelligence Lab (SUNAI) de la UOC, han demostrat que entre aquests materials s'hi poden trobar fongs.

Per fer-ho, l'estudi «Reactive fungal wearable», publicat recentment a Biosystems, analitza la capacitat del Pleurotus ostreatus, l'orellana, per detectar possibles senyals procedents de l'entorn, cosa que inclouria, per exemple, el cos humà. Amb l'objectiu de demostrar la reactivitat que presenta aquest fong com a biomaterial, l'estudi n'analitza i en recull el paper com a biosensor capaç de distingir estímuls químics, mecànics i elèctrics.

«Els fongs són el grup d'organismes vius més gran, més àmpliament distribuït i més antic del món», explica Mohammad Mahdi Dehshibi. «Creixen extremament ràpidament i s'adhereixen al substrat que combines amb ells». Segons assenyala l'investigador de la UOC, els fongs són capaços, fins i tot, de processar informació d'una manera semblant a com ho faria un ordinador.

«Podem reprogramar la geometria i l'estructura teòrica dels gràfics de les xarxes de miceli —el conjunt de filaments que formen la part vegetativa d'un fong— i emprar l'activitat elèctrica dels fongs per fer circuits de computació», confirma. «Els fongs no solament responen als estímuls i emeten senyals en conseqüència, sinó que també ens permeten manipular-los per dur a terme una tasca computacional, és a dir, processar informació». D'aquesta manera, ens trobem davant la possibilitat de crear autèntics components d'ordinador amb material fúngic, capaços de sentir i reaccionar davant de certs senyals externs, de manera única.

Per què es fan servir els fongs?

Els fongs plantegen, a grans trets, una sèrie de problemes importants. Per exemple, s'han de mantenir, es degraden, són limitadament resistents, poden produir pudors... La veritat és que la gran majoria d'aquests problemes ja han estat resolts. I, és més, s'ha fet amb un èxit increïble. «En termes generals, treballar amb organismes vius té dificultats», confirma l'investigador. No obstant això, analitzant totes les possibilitats, l'equip ha seleccionat els basidiomicets, una divisió del regne dels fongs.

Aquests no tenen tanta relació amb infeccions i problemes associats a altres fongs quan es cultiven en interiors. A més, assenyala Dehshibi, els productes a base de miceli per a la indústria de la construcció ja són d'ús comercial. «Els pots donar forma, de manera molt semblant a com ho faries amb el ciment», afegeix, «però, per desenvolupar un espai geomètric, necessites només entre cinc dies i dues setmanes. També tenen un impacte limitat. De fet, com que fan servir fonts de residus per créixer, es podria entendre que són respectuosos amb el medi ambient», suggereix.

Al món ja hi ha diversos exemples del que es coneix com a «arquitectura fúngica», construïda amb biomaterials procedents dels fongs. Les estratègies que hi ha per a aquest camp impliquen fer créixer l'organisme en una forma adequada en petits mòduls, com ara maons, blocs o fulls. Després s'assequen per matar l'organisme i formar un compost sostenible i inodor.

Amb tot, quan el miceli es manté viu i integrat en nanopartícules i polímers, es pot anar més enllà i es pot fer servir per desenvolupar components electrònics, segons explica l'expert. «Aquest substrat informàtic es conrea dins d'un motlle de teixit per donar-li forma i proporcionar una estructura addicional. Durant l'última dècada, l'equip del professor Adamatzky ha produït diversos prototips de dispositius de detecció i computació a partir del fong mucilaginós Physarum polycephalum, inclosos diversos processadors de geometria computacional i dispositius electrònics híbrids.»

El camí per recórrer

Tot i que l'equip d'Adamatzky ha descobert que el fong mucilaginós és un substrat adequat per a la informàtica no convencional, la seva evolució constant impedeix fabricar dispositius de llarga durada i els limita a mers components experimentals.

No obstant això, apunta Dehshibi, els basidiomicets, pel seu desenvolupament i el seu comportament, tenen més disponibilitat i són menys vulnerables, més grans i més fàcils de manipular, entre altres coses. Amb el Pleurotus ostreatus, tal com han comprovat en l'últim estudi publicat, es pot experimentar fàcilment en exteriors, fet que obre la porta a noves aplicacions. Això fa que els fongs siguin un objecte ideal per crear dispositius informàtics vius en un futur.

«Des del meu punt de vista, encara s'han de superar dos reptes importants», anota l'investigador. «El primer consisteix a implementar realment la computació [d'aquests sistemes fúngics] amb un objectiu, és a dir, fer una computació que tingui sentit. El segon seria caracteritzar les propietats dels substrats fúngics mitjançant mapatges booleans per descobrir el potencial computacional veritable de les xarxes de miceli». En altres paraules: tot i que sabem que hi ha potencial en aquesta mena d'aplicacions, encara cal explorar fins on arriba aquest potencial i com el podem fer servir en la pràctica.

Això no sembla tan lluny. El prototip inicial desenvolupat per l'equip, i que forma part de l'estudi, ajudarà en un futur a dissenyar i fabricar edificis amb capacitats úniques, gràcies als biomaterials fets amb fongs. «Aquest enfocament innovador promou l'ús d'un organisme viu que es pot fer servir com a material de construcció i que també està adaptat per computar». Al final d'aquest projecte, el desembre del 2022, el projecte FUNGAR construirà un edifici fúngic a escala real a Dinamarca i Itàlia, a més d'una versió més petita al Campus Frenchay de la UWE Bristol.

«Fins ara, només s'han fabricat petits mòduls, com ara maons i làmines. No obstant això, la NASA també està interessada en la idea i està intentant construir bases a la Lluna i a Mart per enviar espores inactives als planetes», afirma l'investigador de la UOC. «Viure dins d'un fong sembla una mica estrany, però per què resulta tan estrany pensar que podríem viure a l'interior d'alguna cosa viva? Seria un moviment ecològic força interessant, que permetria prescindir del formigó, el vidre i la fusta. Pensa en escoles, oficines i hospitals que creixen, es regeneren i moren; és el cim de la vida sostenible», conclou Dehshibi.

Per als autors de l'article, l'objectiu de les computadores fúngiques no és reemplaçar els xips de silici. Les reaccions fúngiques són massa lentes per fer-ho possible. Amb tot, opinen que es podria fer servir el miceli que creix en un ecosistema com un «sensor ambiental a gran escala». Les xarxes fúngiques, raonen, monitoren una gran quantitat de fluxos de dades com a part del seu dia a dia. Si ens poguéssim connectar a les xarxes micelianes i interpretar els senyals que fan servir per processar la informació, podríem aprendre més coses sobre el que passa dins un ecosistema.

Aquesta recerca de la UOC afavoreix l'objectiu de desenvolupament sostenible (ODS) 9, per construir infraestructures resilients, promoure la industrialització sostenible i fomentar la innovació.

Article relacionat

Adamatzky, Andrew; Nikolaidou, Anna; Gandia, Antoni; Chiolerio, Alessandro; Mohammad Mahdi Dehshibi, Mohammad Mahdi. «Reactive fungal wearable», Biosystems, vol. 199, 2021, 104304, ISSN 0303-2647, https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2020.104304.

UOC R&I 

La recerca i innovació (R+I) de la UOC contribueix a solucionar els reptes a què s'enfronten les societats globals del segle xxi, mitjançant l'estudi de la interacció de les TIC amb l'activitat humana, amb un focus específic en l'aprenentatge en línia i la salut digital. Els més de 400 investigadors i 50 grups de recerca s'articulen entorn dels set estudis de la UOC i dos centres de recerca: l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3) i l'eHealth Center (eHC).

Els objectius de l'Agenda 2030 de desenvolupament sostenible de les Nacions Unides i el coneixement obert són eixos estratègics de la docència, la recerca i la innovació de la UOC. Més informació research.uoc.edu #25anysUOC