Xenobots: الروبوتات الحية والبيولوجية التي تعمل في أسراب

في عام 2020، وصل شكل حياة جديد إلى الأرض. وبشكل أكثر تحديدًا، وصلت إلى المختبر – مختبر ليفين بجامعة تافتس في ماساتشوستس. كما تقول الأنواع الغريبة، لم يكن هؤلاء رجالًا خضرًا صغارًا أو أي عبارة مبتذلة أخرى من الخيال العلمي. لقد بدوا أشبه ببقع سوداء صغيرة من الرمال الناعمة تتحرك ببطء في طبق بيتري. وعلى الرغم من أنهم ليسوا كائنات فضائية وفقًا لتعريف الكائنات الفضائية، إلا أنهم بالتأكيد كائنات فضائية بمعنى أنهم غريبون. إن ما يسمى بـ "xenobots" هي آلات آلية بيولوجية حية قد تشير فقط إلى مستقبل الروبوتات كما نعرفها.

"هذه لا تتناسب مع التعريف الكلاسيكي للكائن الحي لأنها لا تستطيع التكاثر - على الرغم من أن هذه ميزة وليست عيبًا من وجهة نظر السلامة". دوغلاس بلاكيستونوقال أحد كبار العلماء في مركز ألين ديسكفري بجامعة تافتس لـ Digital Trends. “يمكن تصنيفها على أنها كائنات غير كاملة. ومع ذلك، أعتقد أنها مؤهلة لتكون روبوتات. على الرغم من أنهم أحياء، إلا أنهم مبنيون من الألف إلى الياء لغرض محدد. هذه ليست شيئًا موجودًا في الطبيعة على الإطلاق، أو يمكن أن يوجد أبدًا، إنه بناء من صنع الإنسان.

أسراب من الروبوتات الحية

دعونا نقوم بعمل نسخة احتياطية. في العام الماضي، ابتكر الباحثون في جامعة تافتس أول روبوتات صغيرة حية في العالم تعمل بالطاقة الذاتية. تم تصميم هذه الروبوتات للعمل في سرب: المشي، والسباحة، ودفع الكريات، وحمل الحمولات، والعمل معًا من أجل "التجميع". تناثر الحطام على سطح الطبق في أكوام مرتبة. إنهم قادرون على البقاء على قيد الحياة لأسابيع بدون طعام وشفاء أنفسهم بعد ذلك تمزقات. أوه، وهي مصنوعة من قطع من الضفادع، أعيد تشكيلها بواسطة الذكاء الاصطناعي.

لإنشاء xenobots، أخذ باحثو تافتس خلايا جلدية من أجنة الضفادع الطازجة (يُطلق على هذا النوع من الضفادع اسم القيطم المورق) وشجعتهم على "إعادة تشغيل تعدد الخلايا" في بيئة جديدة. وبعد تحررها من بقية الجنين، شكلت خلايا الجلد هذه ما مايكل ليفين، العالم الذي سُمي مختبر ليفين باسمه، يُطلق عليه اسم "المخلوق البدائي"، المكتمل ببنيته وسلوكه الفريدين.

بينما كان علماء تافتس يصنعون كائنات الزينوبوت الفيزيائية، كان الباحثون يعملون بالتوازي في جامعة استخدمت فيرمونت حاسوبًا عملاقًا لإجراء عمليات محاكاة لمحاولة إيجاد طرق لتجميع هذه الروبوتات الحية من أجل أداء مفيد مهام.

"نحن نستخدم الذكاء الاصطناعي. وقال بلاكيستون: "لتطوير تصميمات الروبوتات المختلفة في عالم افتراضي". "يتم تكليف الكمبيوتر بمهمة، مثل "صنع روبوت يمكنه المشي في خط مستقيم"، ويقوم بتجميع الملايين من المجموعات المختلفة من الخلايا الافتراضية حتى تحل المشكلة... ثم يعطيني الكمبيوتر مخططًا، وأبدأ في العمل على توصيل الخلايا لكسب العيش إصدار. لذلك، بطريقة ما، أنا أتلقى الأوامر من الكمبيوتر.

ان ورقة أولية عن العمل، وهو دليل على وجود الروبوتات الحية، وأن الذكاء الاصطناعي. يمكن تصميمها للقيام بأشياء بسيطة، تم نشرها العام الماضي. ورقة ثانية، نشرت مؤخرا في الروبوتات العلمية، يوضح أنه تم اتخاذ الخطوات اللازمة لتحويلها إلى أدوات مفيدة.

السؤال التكميلي

ركزت البيولوجيا التطورية التقليدية على أنظمة النماذج القياسية، مثل ذبابة الفاكهة، والفأر، والضفدع، وكيف تقوم جينوماتها بتشفير الأجهزة التي تخلق نوعًا معينًا من الجسم. يعمل الـ xenobots ليفين وزملاؤه الباحثون على ما قاله لـ Digital Trends إنه "السؤال التكميلي". وهذا يتعلق "قابلية إعادة برمجة برنامج الحياة"، وما إذا كان سيتم إغراء الخلايا الطبيعية وراثيا لبناء شيء مختلف تماما عن خلاياها. الافتراضي البيولوجي.

"أعتقد أن هذه هي بداية نهج جديد يتم فيه إضافة عدد لا يحصى من أشكال الحياة الجديدة إلى مجموعة الأدوات القياسية لعلماء الأحياء التي تمكنهم من السؤال أين "تأتي الخطط الجسدية من كيفية عمل التعاون بين الخلايا، وكيف يتم تنفيذ الذكاء الجماعي الخلوي، وكيف يمكننا تحفيز مجموعات الخلايا لصنع ما نريد." قال ليفين. "لا يسلط هذا الضوء فقط على العلاقة بين الجينوم وعلم التشريح - بما أن روبوتات xenobots لدينا لديها ضفدع قياسي تمامًا الجينوم - ولكنه أيضًا يمكّننا من إنشاء آلات حية اصطناعية مفيدة، ويمنحنا بيئة جديدة لفهم قواعدها التشكل."

فكرة الروبوتات البيولوجية ليست جديدة. في الواقع، يمكن القول إنها تسبق المفهوم الحديث للروبوتات باعتبارها كيانات معدنية قوية إلى حد كبير. الروبوتات التي تصورها الكاتب المسرحي التشيكي، كاريل تشابيك، الذي صاغ مصطلح "الروبوت"، في مسرحية الخيال العلمي التي كتبها عام 1920 روبوتات روسوم العالمية ذات طبيعة بيولوجية. يتم تصنيعها في مصنع باستخدام مواد عضوية اصطناعية، مما يجعلها أقرب إلى الفكرة الحديثة للأندرويد من الآلات.

كما سعى باحثون آخرون من الحياة الواقعية إلى الجمع بين العالم الطبيعي والعالم الآلي بطرق مثيرة للاهتمام. بتمويل من الاتحاد الأوروبي برنامج فلورا روبوتيكا يهدف إلى "تطوير واستكشاف العلاقات التكافلية المرتبطة بشكل وثيق بين الروبوتات والنباتات الطبيعية واستكشاف إمكانات الروبوت النباتي المجتمع قادر على إنتاج التحف المعمارية ومساحات المعيشة. وفي الوقت نفسه، يركز المشروع الممول من مكتب الأبحاث البحرية على البناء من جيش الحشرات من الجراد سايبورغ الذي يرتدي حقيبة الظهر لتنفيذ مهام مثل الكشف عن القنابل. وفي جامعة تشجيانغ في الصين، ابتكر الباحثون بيئة تسمح للبشر بذلك السيطرة على العقل حركات الفئران عن طريق تقنية تسمى واجهة الدماغ والدماغ. في العام الماضي، قام الباحثون في جامعة ستانفورد بتضمينها الإلكترونيات الدقيقة منخفضة الطاقة في قناديل البحر الحية بهدف تعزيز الدفع الطبيعي. وما إلى ذلك وهلم جرا.

كائن بيولوجي جديد

الفرق بين هذه المشاريع وXenobots هو أن الأخيرة لا تستخدم ببساطة المكونات التقنية لزيادة قدرات الكائن البيولوجي؛ إنه يخلق كائنًا بيولوجيًا جديدًا تمامًا يمكن - أو على الأقل سيتم - التحكم فيه مثل الروبوت الاصطناعي بالكامل.

"إن الروبوتات المصممة بواسطة الذكاء الاصطناعي تفجر تعريفات كل من الروبوت والكائن الحي لأنها تجسد سمات كليهما" جوش بونجارد، أستاذ في قسم علوم الكمبيوتر بجامعة فيرمونت، قال لـ Digital Trends. "إنها مثل الروبوتات لأنها مصممة لأداء بعض الوظائف المفيدة للبشر بشكل مستقل. ولكنها أيضًا كائنات حية، بمعنى أنها ضفادع غير معدلة وراثيًا، وقد تم دفعها إلى أشكال ووظائف مختلفة تمامًا.

من المرجح أن يكون لدى Xenobots، كما وعد مبتكروها، عدد من التطبيقات المختلفة، على المدى البعيد والقريب. واقترح ليفين أن الاحتمالات على المدى القريب قد تشمل التنظيف البيئي والاستشعار، حيث أن استخدام الخلايا البرمائية المستخدمة إن العيش في مياه ذات درجة حرارة خارجية، والتي تكون قابلة للتحلل خلال أسبوع تقريبًا، يمكن أن يجعلها مناسبة تمامًا لذلك سيناريوهات. يمكن للروبوتات استقلاب المواد الكيميائية الخطرة واستشعار كميات صغيرة من الملوثات. حتى أن لديهم طرقًا أساسية، بدائية حاليًا، لتسجيل التجارب البيئية، من خلال توهج اللون الأحمر وتغيير الشكل عند تعرضهم لظروف معينة.

وقال بلاكيستون: "على الجانب البيئي، يمكن استخدام هذه الاكتشافات في الكشف الحيوي والمعالجة البيولوجية". "يمكننا برمجة الروبوتات الحية لاستشعار الملوثات، ونأمل في البحث عنها وتدميرها. بمجرد الانتهاء من مهمتهم، [يمكنهم] أن يتحللوا في البيئة بشكل غير ضار، [دون ترك] أي نفايات صناعية خلفهم.

وتركز الرؤية طويلة المدى على الطب التجديدي. "تقريبا جميع مشاكل الطب الحيوي - الإصابات المؤلمة، والشيخوخة، والسرطان، والعيوب الخلقية - يمكن أن تكون كذلك وقال: "سوف نهزم إذا عرفنا كيفية تحفيز مجموعات الخلايا لبناء أي أعضاء معقدة نريدها". ليفين.

يتوقع الباحثون أنه سيكون من الممكن بناء روبوتات من أنواع مختلفة من الخلايا لحالات استخدام مختلفة. وقال بلاكيستون: "يمكنك أن تتخيل استخدام نظام مماثل لتوصيل الأدوية إلى المريض البشري، أو المساعدة في عملية الإصلاح بعد الإصابة". "إذا تم تصنيعها من الخلايا الجذعية الخاصة بالمريض، فإنها ستسمح لنا بصنع روبوتات متوافقة حيوياً يتم تطهيرها من المريض بشكل طبيعي بعد الانتهاء من وظيفتها."

حل التحديات

لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به قبل الوصول إلى هذه المرحلة. أحد التحديات يتعلق بأفضل السبل للتحكم في الروبوتات. قال بونجارد: "لا تزال [هذه المشكلة] لغزًا كاملاً حتى الآن". "نحن نعمل على ذلك، ونأمل أن تكون لدينا مفاجآت جديدة للإبلاغ عنها في المستقبل غير البعيد."

وقال بلاكيستون إن أحد المفاهيم يتضمن برمجة الروبوتات بسلوكيات بيولوجية فطرية، والتي من المحتمل أن تتطور مع تقدمها في السن. بمعنى آخر، يمكن أن "تولد" الروبوتات لغرض واحد، ثم تتحول إلى غرض آخر مع تقدمها في السن.

وهناك عقبة أخرى تتمثل في تسريع إنتاج الروبوتات. في الوقت الحالي، يجب أن يتم تصنيع الـ xenobots يدويًا، وهي عملية، كما أشار بلاكيستون، "تتطلب الكثير من الوقت تحت المجهر وقدرًا كبيرًا من التحكم الحركي الدقيق". ويبحث الباحثون عن طرق لتكييف الطابعات الحيوية ثلاثية الأبعاد لأتمتة العملية برمتها، مما يؤدي إلى نوع من خط إنتاج الحزام الناقل للروبوتات الحية.

هناك شيء واحد مؤكد: من المحتمل أن نسمع الكثير عن xenobots مع مرور الوقت. قد تظل كلمة "زينو" في أسمائهم موجودة، ولكن من المرجح أن تصبح هذه الأسماء مألوفة أكثر للعالم في السنوات القادمة.

توصيات المحررين

• تعرف على الروبوت الذي غيّر قواعد اللعبة والذي يمكنه تقليد أي رمية بشرية بشكل مثالي
• تعرف على Digit: الروبوت ذو أرجل النعامة الذي قد يسلمك الطرود يومًا ما
• تعرف على Ghost Robotics، بوسطن ديناميات الروبوتات القتالية
• اختراق عملية التمثيل الضوئي: هل يمكن للأوراق الاصطناعية أن تغذي المستقبل؟
• تعرف على الروبوت الذي يساعد الأطباء في علاج مرضى فيروس كورونا