Xenobotok: Élő, biológiai robotok, amelyek rajokban dolgoznak

2020-ban új életforma érkezett a Földre. Pontosabban, egy laborba érkezett – a massachusettsi Tufts Egyetem Levin Laboratóriumába. Az idegen fajok szerint ezek nem kis zöld emberkék vagy bármilyen más tudományos-fantasztikus klisé. Inkább apró, fekete finom homokfoltoknak tűntek, amelyek lassan mozogtak egy Petri-csészében. És bár a földönkívüli definíció szerint nem idegenek, abban az értelemben mindenképpen, hogy különösek. Ezek az úgynevezett „xenobotok” élő, biológiai automaták, amelyek csak jelezhetik az általunk ismert robotika jövőjét.

„Ezek nem felelnek meg az élőlények klasszikus meghatározásának, mert nem tudnak szaporodni – bár biztonsági szempontból ez egy jellemző, nem pedig hiba.” Douglas Blackiston, a Tufts Egyetem Allen Discovery Centerének vezető tudósa elmondta a Digital Trends-nek. „A „tökéletlen organizmusok” közé sorolhatók. Szerintem azonban robotnak minősülnek. Annak ellenére, hogy élnek, az alapoktól kezdve egy meghatározott célra épülnek. Ezek nem olyan dolgok, amelyek valaha is létezhetnek vagy létezhetnének a természetben – ez egy ember alkotta építmény.”

Élő robotok rajok

Térjünk vissza. Tavaly a Tufts kutatói megalkották a világ első apró, élő, önjáró robotjait. Ezeket a xenobotokat úgy tervezték, hogy egy rajban működjenek: sétáljanak, úszhassanak, pelleteket toljanak, rakományt szállítsanak, és együtt dolgozzanak az „aggregálás” érdekében. a törmelék az edényük felületén szép halmokba szórva. Képesek hetekig túlélni táplálék nélkül, és utána meggyógyulni sebek. Ó, és békadarabokból készültek, amelyeket egy A.I. konfigurált újra.

A xenobotok létrehozásához a Tufts kutatói friss békaembriókból vettek bőrsejteket (a békafajt Xenopus laevis), és arra ösztönözte őket, hogy „újraindítsák többsejtűségüket” egy új környezetben. Az embrió többi részétől megszabadulva ezek a bőrsejtek mit alkottak Michael Levin, a tudós, akiről a Levin Lab elnevezték, „proto-lénynek” nevezi, kiegészítve saját egyedi szerkezetével és viselkedésével.

Miközben a Tufts tudósai létrehozták a fizikai xenobot organizmusokat, a kutatók párhuzamosan dolgoztak az egyetemen. Vermont egy szuperszámítógép segítségével szimulációkat futtatott, hogy megpróbálja megtalálni a módját, hogyan állítsa össze ezeket az élő robotokat hasznos teljesítmény érdekében. feladatokat.

„A.I.-t használunk. hogy „fejlesszünk” különféle robotterveket egy virtuális világban” – mondta Blackiston. „A számítógép olyan feladatot kap, mint például: „Készítsen egy robotot, amely képes egyenes vonalban járni”, és több millió különböző kombinációt állít össze. virtuális cellák, amíg meg nem oldja a problémát… A számítógép ezután ad nekem egy tervrajzot, és nekilátok a cellák összekapcsolásának, hogy megéljek. változat. Tehát bizonyos értelemben parancsokat veszek fel a számítógépről.”

An kezdeti papír a munkáról, az elvi bizonyítéka, hogy léteznek élő robotok, és hogy A.I. egyszerű dolgok elvégzésére tervezheti őket, tavaly jelent meg. Egy második papír, a közelmúltban megjelent Tudományos robotika, azt mutatja, hogy lépéseket tettek annak érdekében, hogy ezek hasznos eszközökké váljanak.

A kiegészítő kérdés

A hagyományos fejlődésbiológia azokra a szabványos modellrendszerekre összpontosít, mint a gyümölcslégy, az egér és a béka, valamint arra, hogy ezek genomja hogyan kódolja azt a hardvert, amely egy bizonyos típusú testet hoz létre. A xenobotok, Levin és kutatótársai azon dolgoznak, hogy a Digital Trends szerint ez a „kiegészítő kérdés”. Ez vonatkozik a „az élet szoftverének újraprogramozhatósága”, és hogy a genetikailag normális sejteket ráveszik-e arra, hogy valami egészen mást építsenek, mint az biológiai alapértelmezett.

„Úgy gondolom, hogy ez egy új megközelítés kezdete, amelyben számtalan új életforma hozzáadódik a biológusok standard eszköztárához, amely lehetővé teszi számukra, hogy megkérdezzék, hol a testtervek származnak, hogyan működik a sejtek közötti együttműködés, hogyan valósítják meg a kollektív sejtszintű intelligenciát, és hogyan tudjuk ösztönözni a sejtcsoportokat arra, hogy azt csinálják, amit csak akarunk." – mondta Levin. „Ez nem csak a genom és az anatómia kapcsolatára világít rá – mivel a xenobotjainknak teljesen szabványos békája van. genom – de hasznos szintetikus élőgépeket is lehetővé tesz, és egy új homokozót ad, amelyben megérthetjük a morfogenezis."

A biológiai robotok ötlete nem új keletű. Valójában vitathatatlanul megelőzi azt a modern felfogást, hogy a robotok nagyrészt masszív, fémes entitások. A robotok, amelyeket a cseh drámaíró, Karel Čapek képzelt el, aki megalkotta a „robot” kifejezést 1920-as tudományos-fantasztikus színművében. Rossum univerzális robotjai biológiai természetűek. Szintetikus szerves anyagok felhasználásával készült gyárban készítik őket, így jobban hasonlítanak az androidok modern elképzelésére, mint a gépekre.

Más valós kutatók is igyekeztek érdekes módon ötvözni a természeti és a gépi világot. Az Európai Unió által finanszírozott Flora Robotica program célja, hogy „a robotok és a természetes növények között szorosan összefüggő szimbiotikus kapcsolatokat fejlesszen ki és vizsgáljon, valamint feltárja a növény-robotban rejlő lehetőségeket a társadalom építészeti tárgyakat és élettereket tud előállítani.” A Haditengerészeti Kutatási Hivatal által finanszírozott projekt eközben az építkezésre összpontosít Egy hátizsákot viselő kiborg sáskák rovarserege olyan feladatok elvégzésére, mint a bombafelderítés. A kínai Zhejiang Egyetem kutatói olyan rendszert hoztak létre, amely lehetővé teszi az emberek számára elme irányítja a patkányok mozgását agy-agy interfésznek nevezett technológia segítségével. Tavaly a Stanford Egyetem kutatói beágyazták kis teljesítményű mikroelektronika élő medúzában azzal a céllal, hogy fokozzák természetes hajtóerejüket. Stb.

Egy új biológiai szervezet

A különbség e projektek és a xenobotok között az, hogy az utóbbiak nem egyszerűen technológiai összetevőket használnak egy biológiai szervezet képességeinek növelésére; egy teljesen új biológiai szervezetet hoz létre, amelyet úgy lehet – vagy legalábbis – irányítani, mint egy teljesen mesterséges robotot.

"Az A.I. által tervezett xenobotok felrobbantják a robot és az organizmus definícióit, mert mindkettő tulajdonságait megtestesítik" Josh Bongard, a Vermonti Egyetem Számítástechnikai Tanszékének professzora elmondta a Digital Trends-nek. „Olyanok, mint a robotok, mert arra tervezték őket, hogy autonóm módon hajtsanak végre néhány hasznos funkciót az emberek számára. De ők is organizmusok abban az értelemben, hogy genetikailag nem módosított békák, csak nagyon különböző formákba és funkciókba vannak tolva.”

A készítőik ígérete szerint a Xenobotoknak valószínűleg számos különböző alkalmazásuk lesz, távoli és közeli távon egyaránt. Levin felvetette, hogy a rövid távú lehetőségek között szerepelhet a környezet megtisztítása és érzékelése, mivel kétéltű sejteket használnak. kültéri hőmérsékletű vízben élni, amely körülbelül egy hét alatt biológiailag lebomlik, ezekre tökéletesen alkalmassá teheti őket forgatókönyvek. A robotok képesek lebontani a veszélyes vegyi anyagokat, és kis mennyiségű szennyező anyagot érzékelni. Még alapvető, jelenleg primitív módszereik is vannak a környezeti élmények rögzítésére – vörösen világítanak, és bizonyos körülményeknek kitéve alakot változtatnak.

"A környezetvédelmi oldalról ezeket fel lehetne használni biológiai kimutatásra és bioremediációra" - mondta Blackiston. „Beprogramozhatnánk az élő robotokat, hogy érzékeljék a szennyező anyagokat, és remélhetőleg felkutassák és megsemmisítsék őket. Miután befejezték munkájukat, ártalmatlanul lebomlanak a környezetben, [anélkül, hogy bármiféle mesterséges hulladékot hagynának maguk után."

A hosszabb távú elképzelés a regeneratív gyógyászatra összpontosít. „A biomedicina szinte minden problémája – traumás sérülés, öregedés, rák, születési rendellenességek – lehet vereséget szenvednénk, ha tudtuk, hogyan motiválhatjuk a sejtkollektívákat, hogy bármilyen összetett szervet építsenek fel” – mondta Villám.

A kutatók azt feltételezik, hogy különféle típusú cellákból lehet majd botokat építeni különböző felhasználási esetekre. "Elképzelhető, hogy hasonló rendszert használnak gyógyszerek bejuttatására egy emberi betegnek, vagy segítik a sérülést követő helyreállítási folyamatot" - mondta Blackiston. „Ha a páciens saját őssejtjeiből készítenék, akkor biokompatibilis robotokat készíthetünk, amelyek természetes úton eltávolíthatók a pácienstől, miután befejezték a munkát.”

A kihívások megoldása

Még sok munka van hátra, mielőtt elérjük ezt a szakaszt. Az egyik kihívás az, hogy miként lehet a legjobban irányítani a robotokat. "[Ez a probléma] egyelőre teljes rejtély marad" - mondta Bongard. „Dolgozunk ezen, és reméljük, hogy a nem túl távoli jövőben újabb meglepetésekkel számolhatunk majd.”

Blackiston elmondta, hogy az egyik koncepció magában foglalja a botok programozását veleszületett biológiai viselkedésmódokkal, amelyek az életkor előrehaladtával fejlődhetnek. Más szóval, a xenobotok „megszülethetnek” egy céllal, majd a kor előrehaladtával válthatnak egy másikra.

Egy másik akadály a botok gyártásának felgyorsítása. Jelenleg a xenobotokat kézzel kell megépíteni, ez a folyamat, Blackiston megjegyezte, „sok időt igényel a mikroszkóp alatt, és nagy mennyiségű finommotoros vezérlést igényel”. A kutatók a 3D bionyomtatók adaptálásának módjait keresik a teljes folyamat automatizálása érdekében, ami egyfajta futószalagos gyártósort eredményez az élő robotok számára.

Egy dolog biztos: az idő múlásával valószínűleg sokkal többet fogunk hallani a xenobotokról. A nevükben szereplő „xeno” talán megmarad, de az elkövetkező években valószínűleg sokkal ismerősebbek lesznek a világ számára.

Szerkesztői ajánlások

• Ismerje meg a játékot megváltoztató dobórobotot, amely tökéletesen utánoz bármilyen emberi dobást
• Ismerje meg a számjegyet: A strucclábú robot, amely egy napon csomagokat szállíthat Önnek
• Ismerje meg a Ghost Roboticsot, a harci robotok Boston Dynamics-ját
• Hacker fotoszintézis: A mesterséges levelek táplálhatják a jövőt?
• Ismerje meg a robotot, aki segít az orvosoknak a koronavírusos betegek kezelésében