Slijm ontwerpt spoorwegnet
Primitieve schimmels kunnen intelligente netwerken bouwen
Lees ook: "One man and his theory: Stuart Kauffman", Noorderlicht nieuws, 1996.
Lees ook: "Stenen cirkels vinden eigen weg", Noorderlicht nieuws, 16 januari 2003.
Lees ook: "Koffiedik kijken in het veen", Noorderlicht nieuws, 23 september 2004.
Japanse onderzoekers lieten een slijmzwam ‘s werelds meest uitgebreide spoornet rond Tokio nabouwen.
Wat blijkt?
Het netwerk van slijmerige schimmeldraden werkte zelfs beter dan de menselijke variant. De slijmzwam is nu een serieus studieobject voor de bouw van complexe netwerken en de aansturing van robots.
In de eighties horrorfilm De Lift bestuurt een slijmerige zelfgroeiende microprocessor een moordzuchtige kantoorlift. Het klinkt als sciencefiction, maar blijkt geen totale onzin te zijn. In plaats van nietsvermoedende liftgebruikers af te slachten, zoals in De Lift, kan schimmelslijm de mens juist van nut zijn. Wetenschappers van de Hokkaido University in Japan publiceerden deze week in Science hun bevindingen met de Physarum polycephalum. Deze grote slijmzwam, die gewoon in de tuin of in het bos is te vinden, blijkt efficiënter netwerken te kunnen bouwen dan de mens. Je zou het niet verwachten van een eencellig organisme dat bekend staat als ‘het veelkoppige slijm’ (ook al wekt dat meer verwachtingen dan ‘hondenkots’ voor de slijmzwam Fuligo septica).
De schimmel leidt een teruggetrokken bestaan met een voorkeur voor donkere, koele en vochtige plekken, zoals tussen rottende bladderen en boomstronken. Bijzonder is dat de hoop slijm in de zoektocht naar eten, waaronder micro-organismes als schimmelsporen en bacteriën, zich kan voortbewegen en van vorm veranderen. Hierbij ontstaan complexe en zeer doeltreffende netwerken van slijmdraden. Een voorbeeld van primitieve intelligentie. Japanse onderzoekers toonden eerder al aan dat Physarum polycephalum op zoek naar voedsel de kortste weg uit een doolhof kan vinden.
Schimmel op Tokio
In het nieuwe experiment bouwden de onderzoekers samen met collega-wetenschappers in Japan en Groot-Brittannië een testopstelling voor de slijmzwam. Ze plaatsten havervlokken, kennelijk ook een geliefd maaltje, op een natte ondergrond in een patroon dat overeenkomt met de ligging van de steden rondom Tokio. De schimmel lag op de plek van Tokio. Om een realistische vergelijking te kunnen maken werden ook landschapskenmerken zoals bergen en meren in het model opgenomen. Maar dan als plaatselijke belichting. Hoe feller het licht, hoe meer de schimmel die plekken vermijdt.
De onderzoekers keken toe hoe vanuit het midden dunne gele slijmdraden ontstonden tussen de havervlokken. Het uiteindelijke netwerk leek als twee druppels water op het spoornet rondom Tokio. Dit vergeleken ze weer met het theoretisch meest optimale netwerk tussen deze plekken. Een bijzondere uitkomst is dat de gemiddelde totale lengte van de schimmelnetwerken net iets korter was dan het echte spoornet. Maar dan wel even goed opgebouwd en net zo kosteneffectief.
Een belangrijk verschil met het echte spoornet is dat de schimmelnetwerken zelforganiserend zonder centrale aansturing tot stand kwamen. Daarbij werden voorkeursroutes versterkt terwijl dubbele, overbodige verbindingen weer werden afgebroken. En dat met een minimaal aantal onbedoeld verbroken verbindingen. De Japanse onderzoekers maakten op basis van dit natuurlijke gedrag een computermodel voor het ontwerpen van netwerken zonder centrale aansturing, zoals mobiele netwerken of clusters van sensoren.
Medicijnen afleveren
Nog een interessante eigenschap is dat de slijmzwam terwijl hij groeit buisvormige verbindingsdraden maakt. De schimmel kan deze draden laten trillen om daar doorheen kleine objecten te verplaatsen. Onderzoekers in Japan en Engeland willen deze eigenschap ook benutten. Zij denken dat de buisvormige draden bijvoorbeeld kleine hoeveelheden chemicaliën naar een specifieke plek kunnen brengen. Of dat ze micro-onderdelen in machines kunnen plaatsen. Om dat te regelen is slijmzwam met licht te besturen, of met chemicaliën waar het ook op reageert. Een nog heel ver toekomstscenario is dat de verbindingsdraden zelfs medicijnen in het menselijk lichaam op de plaats van bestemming kunnen afleveren.
Schimmelrobot
Naast de netwerkbouwende eigenschappen werken Engelse wetenschappers ook aan robots die door de slijmzwam worden bestuurd. Het eerste prototype van deze ‘Plasmobot’ werd vorig jaar gepresenteerd en reageert op licht. Op de bovenkant van de stervormige robot zitten rondom zes sensoren. Zodra een sensor licht opvangt, schakelt dit een van zes lampjes aan die op een overeenkomstige plek op de schimmel schijnt. Deze zit zelf in het donker in een bak met de stervorm van de robot. De plaatselijk wegtrekkende beweging die de schimmel vervolgens maakt stuurt de zes poten van de robot aan.
De verschillende onderzoeken zouden volgens onderzoekers in de verre toekomst zelfs kunnen leiden tot netwerken van miljoenen minuscule computers met slijmzwammen. Een bizar toekomstscenario is dat een netwerk van deze robots op onze huid routinewerk zou kunnen uitvoeren. Bijvoorbeeld wassen of scheren. Wel een akelig idee als het slijm dan toch op hol slaat, zoals in het horrorscenario van De Lift.
Paul Schilperoord
Atsushi Tero e.a., ‘Slime design mimics Tokyo’s rail system; The efficient methods of a slime mold could inform human engineers’, in Science, 22 januari 2010
