Ксеноботи: Живи, биологични роботи, които работят на рояци

През 2020 г. нова форма на живот пристигна на Земята. По-конкретно, той пристигна в лаборатория - лабораторията Левин в университета Тъфтс в Масачузетс. Що се отнася до извънземните видове, това не бяха малки зелени човечета или друго научнофантастично клише. Приличаха повече на малки черни петънца от фин пясък, движещи се бавно в петриево блюдо. И макар да не са извънземни в определението за извънземни, те със сигурност са в смисъл, че са странни. Тези така наречени „ксеноботи“ са живи, биологични автомати, които може просто да сигнализират за бъдещето на роботиката, както я познаваме.

„Те не отговарят на класическата дефиниция на организъм, защото не могат да се възпроизвеждат – въпреки че от гледна точка на безопасността това [е] характеристика, а не дефект,“ Дъглас Блекистън, старши учен в Allen Discovery Center в Tufts University, каза пред Digital Trends. „Те могат да бъдат класифицирани като „несъвършен организъм“. Мисля, че обаче се квалифицират като роботи. Въпреки че са живи, те са построени от нулата за определена цел. Това не са нещо, което някога е съществувало или може да съществува в природата - това е конструкция, създадена от човека.

Рояци живи роботи

Да направим резервно копие. Миналата година изследователи от Tufts създадоха първите в света малки, живи, самозахранващи се роботи. Тези ксеноботи са проектирани да функционират в рояк: ходене, плуване, бутане на пелети, пренасяне на полезни товари и работа заедно за „агрегиране отломки, разпръснати по повърхността на чинията им на спретнати купчини. Те са в състояние да оцелеят седмици без храна и да се излекуват след това разкъсвания. О, и те са направени от парчета жаба, преконфигурирани от A.I.

За да създадат ксеноботите, изследователите на Tufts взеха кожни клетки от пресни жабешки ембриони (видът жаба се нарича Xenopus laevis) и ги насърчи да „рестартират своята многоклетъчност“ в нова среда. Освободени от останалата част от ембриона, тези кожни клетки образуват какво Майкъл Левин, ученият, на когото е кръстена лабораторията Левин, нарича „протосъздание“, пълно със собствена уникална структура и поведение.

Докато учените от Tufts създаваха физическите организми ксенобот, изследователи, работещи паралелно в Университета на Върмонт използва суперкомпютър, за да проведе симулации, за да се опита да намери начини за сглобяване на тези живи роботи, за да изпълняват полезни задачи.

„Ние използваме A.I. за „развиване“ на различни дизайни на роботи във виртуален свят“, каза Блекистън. „Компютърът получава задача като „направете робот, който може да върви по права линия“ и той сглобява милиони различни комбинации от виртуални клетки, докато реши проблема... След това компютърът ми дава план и аз се захващам за свързване на клетките, за да си изкарвам прехраната версия. Така че, в известен смисъл, приемам поръчки от компютъра.

Ан начален документ за работата, доказателство за принципа, че съществуват живи роботи и че A.I. може да ги проектира да правят прости неща, беше публикувана миналата година. Втора хартия, публикувана наскоро в Научна роботика, показва, че са предприети стъпки за превръщането им в полезни инструменти.

Допълнителният въпрос

Традиционната биология на развитието се фокусира върху стандартни моделни системи, като плодовата мушица, мишката и жабата, и как техните геноми кодират хардуер, който създава определен вид тяло. Ксеноботите Левин и неговите колеги изследователи работят върху това, което той каза на Digital Trends, че е „допълнителният въпрос“. Това се отнася до „препрограмируемост на софтуера на живота“ и дали генетично нормалните клетки ще бъдат подмамени да изградят нещо, което е доста различно от техните биологично неизпълнение.

„Мисля, че това е началото на нов подход, при който безброй нови форми на живот се добавят към стандартния набор от инструменти на биолозите, което им позволява да попитат къде идват плановете на тялото, как работи сътрудничеството между клетките, как се прилага клетъчният колективен интелект и как можем да стимулираме клетъчните групи да правят каквото си поискаме,” Левин каза. „Това не само хвърля светлина върху връзката между генома и анатомията – тъй като нашите ксеноботове имат напълно стандартна жаба геном – но също така позволява полезни синтетични живи машини и ни дава нова пясъчна кутия, в която да разберем правилата на морфогенеза.”

Идеята за биологични роботи не е нова. Всъщност той може да датира отпреди съвременната концепция за роботите като до голяма степен здрави, метални единици. Роботите, представени от чешкия драматург Карел Чапек, който въвежда термина „робот“, в своята научно-фантастична пиеса от 1920 г. Универсалните роботи на Росъм са биологични по природа. Те са създадени във фабрика с помощта на синтетичен органичен материал, което ги прави по-близки до съвременната идея за андроиди, отколкото до машини.

Други изследователи от реалния живот също се стремят да съчетаят естествения и машинния свят по интересни начини. Финансиран от Европейския съюз Програма Flora Robotica има за цел да „разработи и изследва тясно свързани симбиотични взаимоотношения между роботи и естествени растения и да изследва потенциала на растение-робот общество, способно да произвежда архитектурни артефакти и жилищни пространства. Междувременно проект, финансиран от Службата за военноморски изследвания, се фокусира върху строителството на армия от насекоми от носещи раници скакалци-киборги за изпълнение на задачи като откриване на бомби. В университета Zhejiang, Китай, изследователи са създали настройка, която позволява на хората да контрол на ума на движенията на плъхове чрез технология, наречена интерфейс мозък-мозък. Миналата година изследователи от Станфордския университет внедриха микроелектроника с ниска мощност в живи медузи с цел подобряване на естественото им задвижване. И така нататък.

Нов биологичен организъм

Разликата между тези проекти и ксеноботите е, че последните не просто използват технологични компоненти, за да увеличат способностите на биологичен организъм; той създава изцяло нов биологичен организъм, който може - или поне ще - бъде контролиран като изцяло изкуствен робот.

„Ксеноботите, проектирани с изкуствен интелект, взривяват дефинициите както на робот, така и на организъм, защото въплъщават черти и на двете,“ Джош Бонгард, професор в катедрата по компютърни науки на Университета на Върмонт, каза пред Digital Trends. „Те са като роботи, защото са проектирани да изпълняват някаква полезна функция за хората автономно. Но те също са организми в смисъл, че са генетично немодифицирани жаби, просто избутани в много различни форми и функции.

Ксеноботите, обещават създателите им, вероятно ще имат редица различни приложения, както в далечна, така и в близка перспектива. Левин предположи, че краткосрочните възможности могат да включват почистване на околната среда и наблюдение, тъй като използването на използвани клетки от земноводни за живот във вода с външна температура, които са биоразградими за около седмица, може да ги направи идеално подходящи за тези сценарии. Ботовете могат да метаболизират опасни химикали и да усещат малки количества замърсители. Те дори имат основни, в момента примитивни, начини за записване на преживявания от околната среда - като светят в червено и променят формата си, когато са изложени на определени условия.

„От гледна точка на околната среда те могат да се използват за биооткриване и биоремедиация“, каза Блекистън. „Можем да програмираме живите роботи да усещат замърсители и да се надяваме да ги търсят и унищожават. След като свършат работата си, те [могат] да се разпаднат безвредно в околната среда, [без да оставят] всякакви изкуствени отпадъци.

По-дългосрочната визия е насочена към регенеративната медицина. „Почти всички проблеми на биомедицината – травматични наранявания, стареене, рак, вродени дефекти – могат да бъдат победихме, ако знаехме как да мотивираме клетъчните колективи да изграждат каквито сложни органи искаме“, каза Левин.

Изследователите спекулират, че ще бъде възможно да се изграждат ботове от различни типове клетки за различни случаи на употреба. „Можете да си представите използването на подобна система за доставяне на лекарства в човешки пациент или за подпомагане на процеса на възстановяване след нараняване“, каза Блекистън. „Ако са направени от собствените стволови клетки на пациента, това ще ни позволи да направим биосъвместими роботи, които се изчистват от пациента естествено, след като приключат работата си.“

Решаване на предизвикателствата

Има още много работа, преди да бъде достигнат този етап. Едно предизвикателство включва как най-добре да контролирате ботовете. „[Този проблем] засега остава пълна мистерия“, каза Бонгард. „Работим върху това и се надяваме да имаме нови изненади, за които да докладваме в не много далечното бъдеще.“

Blackiston каза, че една концепция включва програмиране на ботовете с вродено биологично поведение, което потенциално може да се развие с напредване на възрастта. С други думи, ксеноботите могат да бъдат „родени“ с една цел и след това да преминат към друга, когато остареят.

Друго препятствие включва ускоряване на производството на ботове. Понастоящем ксеноботите трябва да се изграждат на ръка, процес, който, отбелязва Блекистън, „изисква много време под микроскоп и много фин двигателен контрол“. Изследователите търсят начини за адаптиране на 3D биопринтери за автоматизиране на целия процес, което води до нещо като производствена линия с конвейерна лента за живи роботи.

Едно нещо е сигурно: вероятно ще чуем много повече за ксеноботите с течение на времето. „Xeno“ в името им може да остане, но те вероятно ще станат много по-познати на света през идните години.

Препоръки на редакторите

• Запознайте се с променящия играта робот за хвърляне, който може перфектно да имитира всяко човешко хвърляне
• Запознайте се с Digit: роботът с крака на щраус, който един ден може да ви достави пакети
• Запознайте се с Ghost Robotics, Boston Dynamics на бойните ботове
• Хакване на фотосинтеза: Могат ли изкуствените листа да подхранват бъдещето?
• Запознайте се с робота, който помага на лекарите да лекуват пациенти с коронавирус