Ksenobotit: elävät, biologiset robotit, jotka työskentelevät parveissa

Vuonna 2020 maapallolle saapui uusi elämänmuoto. Tarkemmin sanottuna se saapui laboratorioon - Levin-laboratorioon Tuftsin yliopistossa Massachusettsissa. Vieraslajien mukaan nämä eivät olleet pieniä vihreitä miehiä tai muita tieteiskirjallisia kliseitä. Ne näyttivät enemmän pieniltä mustilta hienojakoisen hiekan täpliltä, ​​jotka liikkuivat hitaasti ympäriinsä petrimaljassa. Ja vaikka ne eivät ole vieraita maan ulkopuolisen määritelmän mukaan, ne ovat varmasti siinä mielessä, että he ovat outoja. Nämä niin kutsutut "ksenobotit" ovat eläviä, biologisia automaatteja, jotka voivat vain viestiä robotiikan tulevaisuudesta sellaisena kuin me sen tunnemme.

"Nämä eivät sovi klassiseen organismin määritelmään, koska ne eivät voi lisääntyä - vaikka turvallisuusnäkökulmasta tämä [on] ominaisuus eikä vika." Douglas Blackiston, Tuftsin yliopiston Allen Discovery Centerin vanhempi tutkija kertoi Digital Trendsille. "Ne voidaan luokitella "epätäydellisiksi organismiksi". Luulen, että ne ovat kuitenkin robotteja. Vaikka he elävät, ne on rakennettu alusta alkaen tiettyä tarkoitusta varten. Nämä eivät ole jotain, mitä ei ole koskaan ollut tai voisi koskaan olla luonnossa - se on ihmisen valmistama rakennelma."

Parvet eläviä robotteja

Palataanpa ylös. Viime vuonna Tuftsin tutkijat loivat maailman ensimmäiset pienet, elävät, omavoimaiset robotit. Nämä ksenobotit on suunniteltu toimimaan parvessa: kävelevät, uivat, työntävät pellettejä, kuljettavat hyötykuormia ja työskentelevät yhdessä "kokoamaan". roskat, jotka ovat hajallaan lautasen pintaa pitkin siisteiksi pinoiksi." He pystyvät selviytymään viikkoja ilman ruokaa ja parantamaan itsensä sen jälkeen haavoja. Ja ne on tehty sammakon palasista, jotka A.I on konfiguroinut uudelleen.

Ksenobottien luomiseksi Tuftsin tutkijat ottivat ihosoluja tuoreista sammakon alkioista (sammakkolaji on nimeltään Xenopus laevis) ja rohkaisivat heitä "käynnistämään monisoluisuutensa uudelleen" uudessa ympäristössä. Muusta alkiosta vapautuneet ihosolut muodostivat mitä Michael Levin, tiedemies, jonka mukaan Levin Lab on nimetty, kutsuu "proto-olentoa", jolla on oma ainutlaatuinen rakenne ja käyttäytyminen.

Kun Tufts-tutkijat loivat fyysisiä ksenobot-organismeja, tutkijat työskentelivät rinnakkain yliopistossa Vermont käytti supertietokonetta simulaatioiden suorittamiseen yrittääkseen löytää tapoja koota nämä elävät robotit hyödyllisten tehtävien suorittamiseksi. tehtäviä.

"Käytämme A.I. "kehittää" erilaisia ​​robottimalleja virtuaalimaailmassa", sanoi Blackiston. "Tietokoneelle annetaan tehtävä, kuten "tee robotti, joka pystyy kävelemään suorassa linjassa", ja se kokoaa miljoonia erilaisia ​​yhdistelmiä virtuaalisolut, kunnes se ratkaisee ongelman… Sitten tietokone antaa minulle suunnitelman, ja ryhdyn yhdistämään soluja elannon hankkimiseksi versio. Joten tavallaan otan tilauksia tietokoneelta."

An alustava paperi työstä, todiste periaatteesta, että eläviä robotteja on olemassa ja että A.I. voi suunnitella ne tekemään yksinkertaisia ​​asioita, julkaistiin viime vuonna. Toinen paperi, julkaistu äskettäin vuonna Tiederobotiikka, osoittaa, että niistä on tehty hyödyllisiä työkaluja.

Täydentävä kysymys

Perinteinen kehitysbiologia on keskittynyt standardimallijärjestelmiin, kuten hedelmäkärpäseen, hiiriin ja sammakkoon, ja siihen, kuinka niiden genomit koodaavat laitteistoa, joka luo tietynlaisen kehon. Ksenobotit Levin ja hänen tutkijatoverinsa työskentelevät sen parissa, mitä hän sanoi Digital Trendsille olevan "täydentävä kysymys". Tämä koskee "elämän ohjelmiston uudelleenohjelmoitavuus" ja houkutetaanko geneettisesti normaalit solut rakentamaan jotain, joka on aivan erilaista kuin heidän biologinen oletus.

"Mielestäni tämä on alku uudelle lähestymistavalle, jossa lukemattomia uusia elämänmuotoja lisätään biologien vakiotyökalupakettiin, jonka avulla he voivat kysyä, missä kehosuunnitelmat tulevat, kuinka solujen välinen yhteistyö toimii, kuinka solujen kollektiivista älykkyyttä toteutetaan ja kuinka voimme stimuloida soluryhmiä tekemään mitä haluamme. Levin sanoi. "Tämä ei ainoastaan ​​valaise genomin ja anatomian välistä suhdetta - koska ksenobotteillamme on täysin tavallinen sammakko genomi – mutta se mahdollistaa myös hyödyllisiä synteettisiä eläviä koneita ja antaa meille uuden hiekkalaatikon, jossa ymmärrämme morfogeneesi."

Ajatus biologisista roboteista ei ole uusi. Itse asiassa se on luultavasti aikaisempi kuin moderni käsitys roboteista suurelta osin lujina metallisia kokonaisuuksia. Robotit, jotka tšekkiläinen näytelmäkirjailija Karel Čapek keksi termin "robotti" vuoden 1920 tieteisnäytelmässään Rossumin universaalit robotit ovat luonteeltaan biologisia. Ne on luotu tehtaalla käyttämällä synteettistä orgaanista materiaalia, mikä tekee niistä enemmän samankaltaisia ​​kuin nykyaikainen ajatus androideista kuin koneista.

Myös muut tosielämän tutkijat ovat pyrkineet yhdistämään luonnon ja konemaailman mielenkiintoisilla tavoilla. Euroopan unionin rahoittama Flora Robotica -ohjelma tavoitteena on "kehittää ja tutkia läheisesti toisiinsa liittyviä symbioottisia suhteita robottien ja luonnonkasvien välillä sekä tutkia kasvi-robotin mahdollisuuksia yhteiskunta pystyy tuottamaan arkkitehtonisia esineitä ja elintiloja." Laivaston tutkimuslaitoksen rahoittama hanke puolestaan ​​keskittyy rakentamiseen an reppua käyttävien kyborgiheinäsirkojen hyönteisarmeija tehtävien suorittamiseen, kuten pommin havaitsemiseen. Zhejiangin yliopistossa Kiinassa tutkijat ovat luoneet laitteiston, jonka avulla ihmiset voivat tehdä sen hallitsee rottien liikkeitä aivojen ja aivojen rajapinnaksi kutsutun tekniikan avulla. Viime vuonna Stanfordin yliopiston tutkijat upotettiin pienitehoinen mikroelektroniikka elävissä meduusoissa tavoitteena parantaa niiden luonnollista työntövoimaa. Ja niin edelleen.

Uusi biologinen organismi

Ero näiden projektien ja xenobottien välillä on se, että jälkimmäiset eivät vain käytä teknisiä komponentteja biologisen organismin kykyjen lisäämiseen. se luo täysin uuden biologisen organismin, jota voidaan – tai ainakin tullaan – ohjaamaan kuin täysin keinotekoista robottia.

"A.I.:lla suunnitellut xenobotit räjähtävät sekä robotin että organismin määritelmät, koska ne ilmentävät molempien piirteitä." Josh Bongard, Vermontin yliopiston tietojenkäsittelytieteen laitoksen professori kertoi Digital Trendsille. "Ne ovat kuin robotteja, koska ne on suunniteltu suorittamaan joitain hyödyllisiä toimintoja ihmisille itsenäisesti. Mutta ne ovat myös organismeja siinä mielessä, että ne ovat geneettisesti muuntamattomia sammakoita, jotka on vain työnnetty hyvin erilaisiin muotoihin ja toimintoihin.

Xenobotilla, niiden luojat lupaavat, on todennäköisesti useita erilaisia ​​sovelluksia, sekä kauko- että lähiajan. Levin ehdotti, että lähiajan mahdollisuuksiin voisi kuulua ympäristön puhdistaminen ja tunnistus, koska sammakkoeläinsolujen käyttö Ulkolämpöisissä vesissä asumiseen, jotka ovat biohajoavia noin viikossa, voisivat tehdä niistä täydellisesti sopivia skenaarioita. Botit voivat metaboloida vaarallisia kemikaaleja ja havaita pieniä määriä saasteita. Heillä on jopa perustavanlaatuisia, tällä hetkellä alkeellisia tapoja tallentaa ympäristökokemuksia – hehkumalla punaisena ja muuttamalla muotoa tietyissä olosuhteissa.

"Ympäristöpuolella näitä voitaisiin käyttää biologiseen havaitsemiseen ja bioremediatioon", Blackiston sanoi. "Voimme ohjelmoida elävät robotit aistimaan saasteet ja toivottavasti etsimään ja tuhoamaan ne. Kun he ovat lopettaneet työnsä, he [voivat] hajota harmittomasti ympäristöön [jättämättä] keinotekoista jätettä."

Pidemmän aikavälin visio keskittyy regeneratiiviseen lääketieteeseen. ”Lähes kaikki biolääketieteen ongelmat – traumaattiset vammat, ikääntyminen, syöpä, synnynnäiset epämuodostumat – voivat olla voitettu, jos tiesimme kuinka motivoida solukollektiivit rakentamaan mitä tahansa monimutkaisia ​​elimiä, joita haluamme", sanoi Levin.

Tutkijat spekuloivat, että useista erilaisista solutyypeistä on mahdollista rakentaa botteja eri käyttötapauksiin. "Voit kuvitella käyttävän samankaltaista järjestelmää lääkkeiden antamiseen ihmispotilaalle tai auttavan vamman jälkeisessä korjausprosessissa", Blackiston sanoi. "Jos se tehdään potilaan omista kantasoluista, se antaisi meille mahdollisuuden tehdä bioyhteensopivia robotteja, jotka poistuvat potilaasta luonnollisesti heidän työnsä päätyttyä."

Haasteiden ratkaiseminen

Vielä on paljon tehtävää ennen kuin tämä vaihe saavutetaan. Yksi haaste liittyy siihen, kuinka parhaiten hallita botteja. "[Tämä ongelma] on toistaiseksi täydellinen mysteeri", Bongard sanoi. "Työskentelemme asian eteen ja toivomme saavamme uusia yllätyksiä raportoitavaksi lähitulevaisuudessa."

Blackiston sanoi, että yksi konsepti sisältää ohjelmoinnin boteille luontaisella biologisella käyttäytymisellä, joka saattaa kehittyä heidän ikääntyessään. Toisin sanoen xenobotit voivat "syntyä" yhteen tarkoitukseen ja vaihtaa sitten toiseen vanhetessaan.

Toinen este on robottien tuotannon nopeuttaminen. Tällä hetkellä xenobotit on rakennettava käsin, mikä prosessi, Blackiston huomautti, "vaatii paljon aikaa mikroskoopin alla ja paljon hienomotorista ohjausta". Tutkijat etsivät tapoja mukauttaa 3D-biotulostimia automatisoimaan koko prosessia, mikä johtaa eräänlaiseen kuljetinhihnatuotantolinjaan eläville roboteille.

Yksi asia on varma: kuulemme todennäköisesti paljon enemmän xenoboteista ajan myötä. Heidän nimensä "xeno" saattaa jäädä jäljelle, mutta niistä tulee todennäköisesti paljon tutumpia tulevina vuosina.

Toimittajien suositukset

• Tapaa peliä muuttava heittorobotti, joka voi täydellisesti matkia mitä tahansa ihmisen heittoa
• Meet Digit: Strutsijalkainen robotti, joka saattaa jonain päivänä toimittaa sinulle paketteja
• Tapaa Ghost Robotics, taistelubottien Boston Dynamics
• Hakkerointifotosynteesi: Voivatko keinolehdet ruokkia tulevaisuutta?
• Tapaa robotti, joka auttaa lääkäreitä hoitamaan koronaviruspotilaita