Ksenoboti: živi, ​​biološki roboti koji rade u rojevima

2020. godine na Zemlju je stigao novi oblik života. Točnije, stigao je u laboratorij — laboratorij Levin na Sveučilištu Tufts u Massachusettsu. Što se tiče izvanzemaljskih vrsta, to nisu bili mali zeleni čovječuljci ili bilo koji drugi klišej znanstvene fantastike. Više su nalikovali sićušnim crnim mrljama finog pijeska koje su se polako kretale u Petrijevoj zdjelici. I dok nisu izvanzemaljci u izvanzemaljskoj definiciji, svakako jesu u smislu da su čudni. Ovi takozvani "ksenoboti" su živi, ​​biološki automati koji bi mogli samo signalizirati budućnost robotike kakvu poznajemo.

"Oni ne odgovaraju klasičnoj definiciji organizma jer se ne mogu reproducirati - iako je sa sigurnosnog stajališta to [je] značajka, a ne nedostatak," Douglas Blackiston, viši znanstvenik u Allen Discovery Centru na Sveučilištu Tufts, rekao je za Digital Trends. “Mogli bi se klasificirati kao 'nesavršeni organizmi'. Međutim, mislim da se kvalificiraju kao roboti. Iako žive, izgrađene su od temelja za određenu svrhu. To nije nešto što je ikada, niti bi ikada moglo postojati u prirodi - to je konstrukcija koju su napravili ljudi."

Rojevi živih robota

Napravimo sigurnosnu kopiju. Prošle su godine istraživači u Tuftsu stvorili prve malene, žive robote na vlastiti pogon na svijetu. Ovi ksenoboti dizajnirani su da funkcioniraju u roju: hodaju, plivaju, guraju kuglice, nose teret i rade zajedno na „agregiranju krhotine razbacane po površini njihove posude u uredne hrpe." U stanju su preživjeti tjednima bez hrane i nakon toga se izliječiti razderotine. Oh, i napravljene su od komadića žabe, koje je rekonfigurirao A.I.

Kako bi stvorili ksenobote, istraživači Tuftsa uzeli su stanice kože iz svježih embrija žabe (vrsta žabe naziva se Xenopus laevis) i potaknuo ih da "ponovno pokrenu svoju višestaničnost" u novom okruženju. Oslobođene od ostatka embrija, ove stanice kože formirale su što Michael Levin, znanstvenik po kojem je Levin Lab dobio ime, naziva "proto-stvorenje", zajedno sa svojom jedinstvenom strukturom i ponašanjem.

Dok su znanstvenici Tuftsa stvarali fizičke organizme ksenobota, istraživači koji su paralelno radili na Sveučilištu u Vermont je upotrijebio superračunalo za pokretanje simulacija kako bi pokušao pronaći načine sastavljanja ovih živih robota kako bi obavljali korisne zadaci.

“Koristimo A.I. za 'razvijanje' različitih dizajna robota u virtualnom svijetu,” rekao je Blackiston. „Računalu je dan zadatak, poput 'napravi robota koji može hodati po ravnoj liniji', i ono sastavlja milijune različitih kombinacija virtualne stanice dok ne riješi problem... Računalo mi zatim daje nacrt i ja se latim povezivanja stanica kako bih zarađivao za život verzija. Tako da, na neki način, primam naredbe s računala.”

An početni rad o djelu, dokaz načela da živi roboti postoje i da A.I. može ih dizajnirati da rade jednostavne stvari, objavljen je prošle godine. Drugi papir, objavljeno nedavno u Znanstvena robotika, pokazuje da su poduzeti koraci da se oni pretvore u korisne alate.

Komplementarno pitanje

Tradicionalna razvojna biologija usredotočila se na standardne sustave modela, kao što su vinska mušica, miš i žaba, i na to kako njihovi genomi kodiraju hardver koji stvara određenu vrstu tijela. Ksenoboti Levin i njegovi kolege istraživači rade na onome za što je Digital Trends rekao da je "komplementarno pitanje". Ovo se tiče "reprogramabilnost softvera života" i hoće li genetski normalne stanice biti namamljene da izgrade nešto što je sasvim drugačije od njihovih biološki zadani.

“Mislim da je ovo početak novog pristupa u kojem se bezbroj novih oblika života dodaje standardnom alatu biologa koji im omogućuje da se zapitaju gdje tjelesni planovi dolaze, kako funkcionira suradnja među stanicama, kako se implementira stanična kolektivna inteligencija i kako možemo stimulirati stanične skupine da naprave što god želimo,” rekao je Levin. "Ne samo da ovo baca svjetlo na odnos između genoma i anatomije - budući da naši ksenoboti imaju potpuno standardnu ​​žabu genoma — ali također omogućuje korisne sintetičke strojeve za život i daje nam novi sandbox u kojem možemo razumjeti pravila morfogeneza.”

Ideja bioloških robota nije nova. Zapravo, nedvojbeno datira prije moderne koncepcije robota kao uglavnom robusnih, metalnih entiteta. Roboti koje je zamislio češki dramatičar Karel Čapek, koji je skovao izraz "robot", u svojoj znanstveno-fantastičnoj drami iz 1920. Rossumovi univerzalni roboti su biološke prirode. Stvoreni su u tvornici koristeći sintetski organski materijal, što ih čini sličnijima modernoj ideji androida nego strojevima.

Drugi istraživači iz stvarnog života također su nastojali na zanimljive načine spojiti prirodni i strojni svijet. Financira Europska unija Program Flora Robotica ima za cilj „razviti i istražiti usko povezane simbiotske odnose između robota i prirodnih biljaka te istražiti potencijale robota biljke društvo sposobno proizvoditi arhitektonske artefakte i životne prostore.” Projekt financiran od strane Ureda za pomorska istraživanja, u međuvremenu, usredotočen je na izgradnju od vojska insekata kiborga skakavaca koji nose ruksak za obavljanje zadataka poput otkrivanja bombi. Na Sveučilištu Zhejiang u Kini istraživači su stvorili postav koji ljudima omogućuje kontrolirati um pokrete štakora putem tehnologije koja se zove sučelje mozak-mozak. Prošle su godine istraživači sa Sveučilišta Stanford ugradili mikroelektronika male snage u živim meduzama s ciljem poboljšanja njihove prirodne propulzije. I tako dalje.

Novi biološki organizam

Razlika između ovih projekata i ksenobota je u tome što potonji ne koriste samo tehnološke komponente za povećanje sposobnosti biološkog organizma; stvara potpuno novi biološki organizam koji se može - ili, barem, hoće - kontrolirati poput potpuno umjetnog robota.

"Ksenoboti dizajnirani pomoću umjetne inteligencije eksplodiraju definicije i robota i organizma jer utjelovljuju osobine i jednog i drugog," Josh Bongard, profesor na Odsjeku za računalne znanosti Sveučilišta u Vermontu, rekao je za Digital Trends. “Oni su poput robota jer su dizajnirani da autonomno obavljaju neke korisne funkcije za ljude. Ali oni su također organizmi u smislu da su genetski nemodificirane žabe, samo gurnute u vrlo različite oblike i funkcije.”

Xenoboti, obećavaju njihovi tvorci, vjerojatno će imati niz različitih primjena, kako u daljnjem tako iu kratkom roku. Levin je sugerirao da bi kratkoročne mogućnosti mogle uključivati ​​čišćenje okoliša i senzore, budući da je korištenje stanica vodozemaca za život u vodi na vanjskoj temperaturi, koji su biorazgradivi za otprilike tjedan dana, mogao bi ih učiniti savršeno prikladnima za ove scenariji. Roboti mogu metabolizirati opasne kemikalije i osjetiti male količine zagađivača. Imaju čak i osnovne, trenutno primitivne, načine bilježenja okolišnih iskustava - svijetleći crveno i mijenjajući oblik kada su izloženi određenim uvjetima.

"Sa strane okoliša, oni bi se mogli koristiti za biodetekciju i bioremedijaciju", rekao je Blackiston. “Mogli bismo programirati žive robote da osjete zagađivače, i nadamo se da ih potraže i unište. Nakon što završe svoj posao, [mogli bi] se bezopasno razgraditi u okolišu, [bez ostavljanja] bilo kakvog umjetnog otpada.”

Dugoročna vizija usmjerena je na regenerativnu medicinu. “Gotovo svi problemi biomedicine — traumatske ozljede, starenje, rak, urođene mane — mogu biti poraženo kad bismo znali kako motivirati stanične kolektive da izgrade bilo koje složene organe koje želimo”, rekao je Munja.

Istraživači nagađaju da će biti moguće izraditi botove od različitih tipova stanica za različite slučajeve uporabe. "Možete zamisliti korištenje sličnog sustava za isporuku lijekova ljudskom pacijentu ili pomoć u procesu oporavka nakon ozljede", rekao je Blackiston. "Ako se napravi od pacijentovih vlastitih matičnih stanica, to bi nam omogućilo da napravimo biokompatibilne robote koji se prirodno uklanjaju iz pacijenta nakon što završe svoj posao."

Rješavanje izazova

Ima još puno posla prije nego se dosegne ova faza. Jedan izazov uključuje kako najbolje kontrolirati robote. "[Ovaj problem] ostaje, za sada, potpuna misterija", rekao je Bongard. "Radimo na tome i nadamo se da ćemo u ne tako dalekoj budućnosti imati nova iznenađenja."

Blackiston je rekao da jedan koncept uključuje programiranje robota s urođenim biološkim ponašanjem, koje bi potencijalno moglo evoluirati kako stare. Drugim riječima, ksenoboti bi mogli biti "rođeni" s jednom svrhom, a zatim prijeći na drugu kako budu starili.

Još jedna prepreka uključuje ubrzavanje proizvodnje botova. Trenutačno se ksenoboti moraju graditi ručno, što je proces koji, primijetio je Blackiston, "zahtijeva puno vremena pod mikroskopom i veliku kontrolu fine motorike." Istraživači traže načine prilagodbe 3D bioprintera za automatizaciju cijelog procesa, što će rezultirati svojevrsnom proizvodnom linijom s pokretnom trakom za žive robote.

Jedna stvar je sigurna: vjerojatno ćemo čuti puno više o ksenobotima kako vrijeme bude prolazilo. "Xeno" u njihovom imenu moglo bi se zadržati, ali oni će vjerojatno postati puno poznatiji svijetu u godinama koje dolaze.

Preporuke urednika

• Upoznajte robota za bacanje koji mijenja igru ​​i može savršeno oponašati svako ljudsko bacanje
• Upoznajte Digita: robota s nojevom nogom koji bi vam jednog dana mogao dostavljati pakete
• Upoznajte Ghost Robotics, Boston Dynamics borbenih robota
• Hakiranje fotosinteze: Može li umjetno lišće potaknuti budućnost?
• Upoznajte robota koji pomaže liječnicima u liječenju pacijenata s koronavirusom