Xenobots: Robot Biologis Hidup yang Bekerja dalam Kawanan

Pada tahun 2020, makhluk hidup baru tiba di Bumi. Lebih khusus lagi, ia tiba di laboratorium – Laboratorium Levin di Universitas Tufts di Massachusetts. Seiring berkembangnya spesies asing, mereka bukanlah manusia hijau kecil atau klise fiksi ilmiah lainnya. Mereka lebih mirip bintik hitam kecil dari pasir halus yang bergerak perlahan di dalam cawan Petri. Meskipun mereka bukan alien dalam definisi makhluk luar bumi, mereka tentu saja dianggap aneh. Yang disebut “xenobot” ini adalah makhluk hidup, robot biologis yang mungkin menandakan masa depan robotika seperti yang kita kenal.

“Ini tidak sesuai dengan definisi klasik suatu organisme karena mereka tidak dapat bereproduksi – meskipun dari sudut pandang keamanan, ini adalah sebuah fitur dan bukan sebuah cacat,” Douglas Blackiston, seorang ilmuwan senior di Allen Discovery Center di Universitas Tufts, mengatakan kepada Digital Trends. “Mereka dapat digolongkan sebagai ‘organisme tidak sempurna’. Namun menurut saya mereka memenuhi syarat sebagai robot. Meskipun mereka hidup, mereka dibangun dari bawah ke atas untuk tujuan tertentu. Ini bukanlah sesuatu yang pernah, atau bisa saja, ada di alam – ini adalah konstruksi buatan manusia.”

Kawanan robot hidup

Mari kita mundur. Tahun lalu, para peneliti di Tufts menciptakan robot kecil, hidup, dan bertenaga mandiri pertama di dunia. Xenobot ini telah dirancang untuk berfungsi dalam kawanan: Berjalan, berenang, mendorong pelet, membawa muatan, dan bekerja sama untuk “mengumpulkan” puing-puing tersebar di sepanjang permukaan piring mereka menjadi tumpukan yang rapi.” Mereka mampu bertahan selama berminggu-minggu tanpa makanan dan menyembuhkan diri sendiri setelahnya laserasi. Oh, dan itu terbuat dari potongan katak, dikonfigurasi ulang oleh A.I.

Untuk membuat xenobot, para peneliti Tufts mengambil sel kulit dari embrio katak segar (spesies katak disebut a Xenopus laevis) dan mendorong mereka untuk “memulai kembali multiseluleritas mereka” di lingkungan baru. Terbebas dari sisa embrio, sel-sel kulit ini membentuk apa Michael Levin, ilmuwan yang menamai Levin Lab, menyebutnya sebagai “makhluk proto”, lengkap dengan struktur dan perilakunya yang unik.

Saat para ilmuwan Tufts menciptakan organisme xenobot fisik, para peneliti bekerja secara paralel di Universitas Vermont menggunakan superkomputer untuk menjalankan simulasi guna mencoba dan menemukan cara merakit robot hidup ini agar dapat bekerja dengan berguna. tugas.

“Kami menggunakan AI. untuk 'mengembangkan' berbagai desain robot di dunia virtual,” kata Blackiston. “Komputer diberi tugas, seperti 'membuat robot yang dapat berjalan lurus', dan komputer tersebut merakit jutaan kombinasi berbeda. sel virtual sampai masalahnya terpecahkan… Komputer kemudian memberi saya cetak biru, dan saya mulai bekerja menghubungkan sel-sel tersebut untuk mencari nafkah Versi: kapan. Jadi, saya menerima perintah dari komputer.”

Sebuah makalah awal tentang pekerjaan tersebut, sebuah bukti prinsip bahwa robot hidup itu ada, dan bahwa A.I. dapat mendesainnya untuk melakukan hal-hal sederhana, diterbitkan tahun lalu. Makalah kedua, diterbitkan baru-baru ini di Robotika Sains, menunjukkan bahwa langkah-langkah telah diambil untuk menjadikannya alat yang berguna.

Pertanyaan pelengkap

Biologi perkembangan tradisional berfokus pada sistem model standar, seperti lalat buah, tikus, dan katak, dan bagaimana genom mereka menyandikan perangkat keras yang menciptakan jenis tubuh tertentu. Xenobots Levin dan rekan penelitinya sedang mengerjakan apa yang dia katakan kepada Digital Trends sebagai “pertanyaan pelengkap.” Hal ini menyangkut “kemampuan memprogram ulang perangkat lunak kehidupan,” dan apakah sel-sel yang secara genetik normal tertarik untuk membuat sesuatu yang sangat berbeda dari sel-sel aslinya. kegagalan biologis.

“Saya pikir ini adalah awal dari pendekatan baru yang mana segudang bentuk kehidupan baru ditambahkan ke dalam perangkat standar para ahli biologi sehingga mereka dapat bertanya di mana keberadaannya. asal usul rencana tubuh, cara kerja kerja sama antar sel, cara penerapan kecerdasan kolektif seluler, dan cara kita menstimulasi kelompok sel untuk melakukan apa pun yang kita inginkan.” kata Levin. “Hal ini tidak hanya menjelaskan hubungan antara genom dan anatomi – karena xenobot kita memiliki katak yang benar-benar standar. genom — tetapi hal ini juga memungkinkan mesin hidup sintetik yang berguna, dan memberi kita kotak pasir baru untuk memahami aturannya morfogenesis.”

Ide robot biologis bukanlah hal baru. Faktanya, hal ini bisa dibilang sudah ada sebelum konsep modern tentang robot sebagai entitas logam yang sebagian besar kokoh. Robot yang dibayangkan oleh dramawan Ceko, Karel Čapek, yang menciptakan istilah “robot”, dalam drama fiksi ilmiahnya pada tahun 1920 Robot Universal Rossum bersifat biologis. Mereka dibuat di pabrik menggunakan bahan organik sintetis, menjadikannya lebih mirip dengan gagasan modern tentang android daripada mesin.

Peneliti kehidupan nyata lainnya juga berupaya menggabungkan dunia alam dan mesin dengan cara yang menarik. Didanai Uni Eropa Program Flora Robotika bertujuan untuk “mengembangkan dan menyelidiki hubungan simbiosis erat antara robot dan tumbuhan alami dan untuk mengeksplorasi potensi robot tumbuhan masyarakat mampu menghasilkan artefak arsitektur dan ruang hidup.” Sementara itu, sebuah proyek yang didanai oleh Kantor Penelitian Angkatan Laut berfokus pada konstruksi dari sebuah pasukan serangga belalang cyborg yang memakai ransel untuk melakukan tugas-tugas seperti deteksi bom. Di Universitas Zhejiang, Tiongkok, para peneliti telah menciptakan sebuah sistem yang memungkinkan manusia melakukan hal tersebut mengendalikan pikiran pergerakan tikus melalui teknologi yang disebut antarmuka otak-otak. Tahun lalu, para peneliti di Universitas Stanford menanamkannya mikroelektronika berdaya rendah pada ubur-ubur hidup dengan tujuan meningkatkan daya dorong alaminya. Dan seterusnya.

Organisme biologis baru

Perbedaan antara proyek ini dan xenobot adalah bahwa xenobot tidak hanya menggunakan komponen teknologi untuk meningkatkan kemampuan organisme biologis; hal ini menciptakan organisme biologis yang benar-benar baru yang dapat – atau, setidaknya, akan – dikendalikan seperti robot buatan.

“Xenobot yang dirancang oleh AI meledakkan definisi robot dan organisme karena mereka mewujudkan ciri-ciri keduanya,” Josh Bongard, seorang profesor di Departemen Ilmu Komputer Universitas Vermont, mengatakan kepada Digital Trends. “Mereka seperti robot karena dirancang untuk melakukan beberapa fungsi berguna bagi manusia secara mandiri. Namun mereka juga merupakan organisme dalam arti bahwa mereka adalah katak yang tidak dimodifikasi secara genetis, hanya diubah menjadi bentuk dan fungsi yang sangat berbeda.”

Xenobots, janji pembuatnya, kemungkinan besar memiliki sejumlah penerapan berbeda, baik jangka panjang maupun jangka pendek. Levin menyarankan bahwa kemungkinan jangka pendek mungkin mencakup pembersihan dan penginderaan lingkungan, sejak penggunaan sel amfibi untuk tinggal di air bersuhu luar ruangan, yang dapat terurai secara hayati dalam waktu sekitar satu minggu, menjadikannya sangat cocok untuk hal ini skenario. Bot dapat memetabolisme bahan kimia berbahaya dan mendeteksi sejumlah kecil polutan. Mereka bahkan memiliki cara-cara dasar yang masih primitif untuk merekam pengalaman lingkungan – dengan bersinar merah dan berubah bentuk ketika terkena kondisi tertentu.

“Dari sisi lingkungan, ini dapat digunakan untuk biodeteksi dan bioremediasi,” kata Blackiston. “Kita bisa memprogram robot hidup untuk mendeteksi polutan, dan berharap bisa mencari dan menghancurkannya. Begitu mereka menyelesaikan pekerjaannya, mereka [dapat] terurai menjadi lingkungan yang tidak berbahaya, [tanpa meninggalkan] limbah buatan apa pun.”

Visi jangka panjangnya difokuskan pada pengobatan regeneratif. “Hampir semua masalah biomedis – cedera traumatis, penuaan, kanker, cacat lahir – bisa saja terjadi kalah jika kita tahu bagaimana memotivasi kumpulan sel untuk membangun organ kompleks apa pun yang kita inginkan,” katanya Kilat.

Para peneliti berspekulasi bahwa akan ada kemungkinan untuk membuat bot dari berbagai jenis sel yang berbeda untuk kasus penggunaan yang berbeda. “Anda bisa membayangkan menggunakan sistem serupa untuk memberikan obat pada pasien manusia, atau membantu proses perbaikan setelah cedera,” kata Blackiston. “Jika dibuat dari sel induk pasien sendiri, hal ini akan memungkinkan kami membuat robot biokompatibel yang dapat dibersihkan dari pasien secara alami setelah mereka menyelesaikan tugasnya.”

Memecahkan tantangan

Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum tahap ini tercapai. Salah satu tantangannya adalah bagaimana cara terbaik mengendalikan bot. “[Masalah ini], untuk saat ini, masih menjadi misteri,” kata Bongard. “Kami sedang mengerjakan hal ini, dan kami berharap ada kejutan baru yang dapat dilaporkan dalam waktu dekat.”

Blackiston mengatakan bahwa salah satu konsepnya melibatkan pemrograman bot dengan perilaku biologis bawaan, yang berpotensi berevolusi seiring bertambahnya usia. Dengan kata lain, xenobot bisa “dilahirkan” dengan satu tujuan, dan kemudian beralih ke tujuan lain seiring bertambahnya usia.

Tantangan lainnya adalah mempercepat produksi bot. Saat ini, xenobot harus dibuat dengan tangan, sebuah proses yang, menurut Blackiston, “membutuhkan banyak waktu di bawah mikroskop dan banyak kontrol motorik halus.” Para peneliti sedang mencari cara untuk mengadaptasi bioprinter 3D untuk mengotomatisasi seluruh proses, sehingga menghasilkan semacam jalur produksi ban berjalan untuk robot hidup.

Satu hal yang pasti: Kita mungkin akan mendengar lebih banyak tentang xenobot seiring berjalannya waktu. Kata “xeno” dalam nama mereka mungkin masih melekat, namun kemungkinan besar nama ini akan semakin dikenal dunia di tahun-tahun mendatang.

Rekomendasi Editor

• Temui robot pelempar yang mampu meniru lemparan manusia dengan sempurna
• Temui Digit: Robot berkaki burung unta yang suatu hari nanti mungkin akan mengantarkan Anda paket
• Temui Ghost Robotics, bot tempur Boston Dynamics
• Meretas fotosintesis: Bisakah daun buatan menjadi bahan bakar masa depan?
• Temui robot yang membantu dokter merawat pasien virus corona