ゼノボット: 群れで働く生きた生物学的ロボット

2020年、地球に新たな生命体が到来した。 より具体的に言えば、それは研究室、マサチューセッツ州タフツ大学のレビン研究所に到着した。 外来種としては、これらは緑の小人やその他の SF の常套句ではありません。 それらは、ペトリ皿の中でゆっくりと動き回る細かい砂の小さな黒い斑点のように見えました。 そして、彼らは地球外の定義ではエイリアンではありませんが、彼らが奇妙なという意味では確かにエイリアンです。 これらのいわゆる「ゼノボット」は、生きた生物学的自動機械であり、私たちが知っているロボット工学の未来を示唆しているだけかもしれません。

「これらは生殖できないため、生物の古典的な定義には当てはまりません。ただし、安全性の観点から見ると、これは特徴であって欠陥ではありません。」 ダグラス・ブラキストンタフツ大学アレン・ディスカバリー・センターの上級科学者はデジタル・トレンドに語った。 「彼らは『不完全な生物』として分類されるかもしれませんが、私はロボットとしての資格があると思います。 それらは生きているとはいえ、特定の目的のためにゼロから作られています。 これらは自然界にかつて存在したものではなく、存在する可能性もありません。人間が作った建造物です。」

生きたロボットの群れ

バックアップしましょう。 昨年、タフツ大学の研究者らは、世界初の小型の生きた自己動力ロボットを作成した。 これらのゼノボットは、群れで機能するように設計されています。歩いたり、泳いだり、ペレットを押したり、ペイロードを運んだり、協力して「集合」したりします。 破片が皿の表面に沿って散らばり、きちんとした山になった。」 彼らは何週間も食べ物なしで生き延びることができ、食べた後は自分で回復することができます。 裂傷。 ああ、それらはカエルの破片から作られており、AI によって再構成されています。

ゼノボットを作成するために、タフツ大学の研究者らは新鮮なカエルの胚から皮膚細胞を採取した（このカエルの種はゼノボットと呼ばれる）

アフリカツメガエル）そして新しい環境で「多細胞性を再起動する」よう奨励した。 残りの胚から解放されたこれらの皮膚細胞は、以下のものを形成しました。 マイケル・レビンレビン研究所の名前の由来となった科学者は、独自の構造と行動を備えた「原始生物」と呼んでいます。

タフツ大学の科学者たちが物理的なゼノボット生物を作成していたとき、研究者たちは並行して研究を行っていました。 バーモント州は、スーパーコンピューターを使用してシミュレーションを実行し、これらの生きたロボットを組み立てて有用な機能を実行する方法を模索しました。 タスク。

「私たちはAIを使用しています。 仮想世界でさまざまなロボットのデザインを「進化」させるためです」とブラキストン氏は語った。 「コンピューターに『真っすぐに歩けるロボットを作って』といったタスクが与えられると、何百万もの異なる組み合わせを組み立てます。 問題が解決するまで仮想セルを使用します。その後、コンピューターが青写真を与え、私はセルを接続して生きていく作業を始めます。 バージョン。 つまり、ある意味、私はコンピューターから命令を受けているのです。」

アン 仕事に関する最初の論文、生きたロボットが存在し、A.I.が存在するという原理の証明です。 簡単なことを実行できるように設計できる』という論文が昨年出版されました。 2枚目の論文、 最近出版された サイエンスロボティクス、これらを便利なツールにするための手順が講じられていることを示しています。

補足的な質問

従来の発生生物学は、ショウジョウバエ、マウス、カエルなどの標準的なモデル系と、それらのゲノムが特定の種類の体を作り出すハードウェアをどのようにコード化するかに焦点を当ててきました。 ゼノボットのレビンと彼の仲間の研究者たちは、同氏がデジタルトレンドに「補完的な質問」だと語った内容に取り組んでいる。 これは、 「生命のソフトウェアの再プログラム可能性」、そして遺伝的に正常な細胞が、自分の細胞とはまったく異なるものを構築するように誘惑されるかどうか 生物学的デフォルト。

「これは、無数の新しい生命体が生物学者の標準ツールキットに追加され、どこにあるのかを尋ねることができる新しいアプローチの始まりだと思います」 ボディプランは、細胞間の協力がどのように機能するか、細胞の集合知がどのように実装されるか、細胞グループを刺激して私たちが望むものを作るにはどうすればよいか、から生まれるのです。」 レビンは言った。 「これはゲノムと解剖学の関係に光を当てるだけでなく、私たちのゼノボットは完全に標準的なカエルを持っているので、 ゲノム — しかし、それはまた、有用な合成生命機械を可能にし、ゲノムの規則を理解するための新しいサンドボックスを私たちに提供します。 形態形成。」

生物学的ロボットのアイデアは新しいものではありません。 実際、それはおそらく、大部分が頑丈な金属製の実体としてのロボットという現代の概念よりも古いものです。 1920 年の SF 劇で「ロボット」という用語を生み出したチェコの劇作家カレル チャペックが想像したロボット ロッサムのユニバーサルロボット 本質的には生物学的なものです。 これらは合成有機材料を使用して工場で作成されるため、機械というよりも現代のアンドロイドの概念に似ています。

他の現実の研究者も、自然界と機械世界を興味深い方法で組み合わせようと努めてきました。 欧州連合が資金提供した フローラ ロボティカ プログラム 目的は「ロボットと自然植物の間の密接に関連した共生関係を開発および調査し、植物ロボットの可能性を探ること」 建築物や生活空間を生み出すことができる社会を目指しています。」 一方、海軍研究局が資金提供したプロジェクトは、建設に焦点を当てています。 の バックパックを背負ったサイボーグバッタの昆虫軍団 爆弾探知などのタスクを実行するため。 中国の浙江大学では、研究者らは人間が ネズミの動きをマインドコントロールする ブレイン・ブレイン・インターフェースと呼ばれる技術を介して。 昨年、スタンフォード大学の研究者らは、 生きたクラゲの低電力マイクロエレクトロニクス 本来の推進力を高めることを目的としています。 等々。

新しい生物体

これらのプロジェクトとゼノボットの違いは、後者は単に技術コンポーネントを使用して生物体の能力を増強するだけではないということです。 それは、完全に人工のロボットのように制御できる、あるいは少なくとも制御できる、まったく新しい生物有機体を生み出します。

「AI によって設計されたゼノボットは、ロボットと生物の両方の特徴を体現しているため、両方の定義を覆します。」 ジョシュ・ボンガードバーモント大学コンピューターサイエンス学部の教授はデジタルトレンドに語った。 「それらは人間にとって有用な機能を自律的に実行するように設計されているため、ロボットに似ています。 しかし、それらは、遺伝子的に改変されていないカエルであり、非常に異なる形態と機能を与えられただけであるという意味で、生物でもあります。」

ゼノボットの開発者らは、長期的にも短期的にもさまざまな用途に応用できる可能性が高いと約束している。 レビン氏は、両生類の細胞が使用されていることから、短期的な可能性には環境浄化とセンシングが含まれる可能性があると示唆した。 約1週間で生分解される外温水での生活に適している可能性があります。 シナリオ。 ボットは危険な化学物質を代謝し、微量の汚染物質を感知できます。 彼らは、特定の条件にさらされると赤く光ったり形状を変えたりすることによって、環境体験を記録する基本的で現在は原始的な方法さえ持っています。

「環境面では、これらは生物検出と生物修復に使用できる可能性があります」とBlackiston氏は述べた。 「生きたロボットをプログラムして汚染物質を感知し、できれば汚染物質を探し出して破壊できるようにすることができます。 彼らは仕事を終えると、人工廃棄物を残さず、環境中で無害に分解することができます。」

長期的なビジョンは再生医療に焦点を当てています。 「外傷、老化、癌、先天異常といった生物医学のほぼすべての問題は、 細胞集団を動かして、私たちが望むあらゆる複雑な器官を構築する方法を知っていれば、私たちは敗北します。」 レビン。

研究者らは、さまざまなユースケースに合わせて、さまざまな種類の細胞からボットを構築できるだろうと推測しています。 「同様のシステムを使用して、人間の患者に薬物を投与したり、怪我後の修復プロセスを支援したりすることを想像することもできます」とブラックストン氏は述べた。 「患者自身の幹細胞から作られれば、仕事を終えた患者から自然に排出される生体適合性ロボットを作ることが可能になるでしょう。」

課題の解決

この段階に到達するまでに、やるべきことはまだたくさんあります。 課題の 1 つは、ボットを最適に制御する方法です。 「（この問題は）今のところ完全な謎のままです」とボンガード氏は語った。 「私たちはこれに取り組んでおり、そう遠くない将来に新たな驚きを報告できることを期待しています。」

Blackiston 氏は、コンセプトの 1 つは、ボットの生来の生物学的動作をプログラムすることであり、それは加齢とともに進化する可能性があると述べています。 言い換えれば、ゼノボットは 1 つの目的を持って「生まれ」、成長するにつれて別の目的に切り替わる可能性があります。

もう 1 つのハードルには、ボットの作成を高速化することが含まれます。 現在、ゼノボットは手作業で構築する必要があり、そのプロセスには「顕微鏡下での長時間の観察と、多大な精密なモーター制御が必要である」とブラキストン氏は述べた。 研究者らは、3Dバイオプリンターを適応させてプロセス全体を自動化し、生きたロボットのベルトコンベア生産ラインのようなものを実現する方法を検討している。

1 つ確かなことは、時間が経つにつれて、ゼノボットについてもっとよく耳にするようになる可能性があるということです。 彼らの名前にある「xeno」は今でも残るかもしれませんが、今後数年で世界ではさらによく知られるようになるでしょう。

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