제노봇(Xenobots): 떼지어 일하는 살아있는 생물학적 로봇

2020년, 새로운 생명체가 지구에 도착했습니다. 좀 더 구체적으로 말하면, 매사추세츠 주 터프츠 대학의 레빈 연구소(Levin Laboratory)에 도착했습니다. 외계종에 따르면 이들은 작은 녹색 인간이나 다른 SF의 진부한 표현이 아니었습니다. 그들은 페트리 접시 안에서 천천히 움직이는 고운 모래의 작고 검은 얼룩처럼 보였습니다. 그리고 외계인의 정의에서 그들은 외계인이 아니지만, 그들이 이상하다는 점에서는 확실히 외계인입니다. 소위 “제노봇(xenobots)”은 우리가 알고 있는 로봇 공학의 미래를 알리는 살아있는 생물학적 자동 장치입니다.

"이것은 번식을 할 수 없기 때문에 유기체의 고전적인 정의에 맞지 않습니다. 비록 안전의 관점에서 볼 때 이는 결함이 아니라 특징입니다." 더글라스 블랙키스톤, Tufts University Allen Discovery Center의 수석 과학자는 Digital Trends에 말했습니다. “그들은 '불완전한 유기체'로 분류될 수 있습니다. 하지만 로봇으로서의 자격은 있다고 생각합니다. 비록 살아있지만 처음부터 특정한 목적을 위해 만들어졌습니다. 이것은 자연에 존재했거나 존재할 수 있었던 것이 아니라 인간이 만든 건축물입니다.”

살아있는 로봇 떼

백업하자. 작년에 Tufts의 연구원들은 세계 최초의 작고 살아있는 자가 동력 로봇을 만들었습니다. 이 제노봇은 걷기, 수영, 펠릿 밀기, 탑재량 운반 및 "집합"을 위해 함께 일하는 등 떼에서 기능하도록 설계되었습니다. 접시 표면을 따라 흩어져 있는 잔해물이 깔끔한 더미가 되었습니다.” 그들은 음식 없이도 몇 주 동안 생존할 수 있으며, 음식 없이도 스스로 치료할 수 있습니다. 열상. 아, 그리고 그것들은 AI에 의해 재구성된 개구리 조각으로 만들어졌습니다.

제노봇을 만들기 위해 Tufts 연구원들은 신선한 개구리 배아에서 피부 세포를 채취했습니다. 제노푸스 라에비스) 그리고 새로운 환경에서 “다세포성을 재부팅”하도록 권장했습니다. 나머지 배아에서 분리된 이 피부 세포는 무엇을 형성합니까? 마이클 레빈Levin Lab의 이름을 딴 과학자인 는 고유한 구조와 행동을 갖춘 "원시 생물"이라고 부릅니다.

Tufts 과학자들이 물리적인 제노봇 유기체를 만들고 있을 때, 연구자들은 University of Tufts에서 동시에 작업했습니다. 버몬트에서는 슈퍼컴퓨터를 사용하여 시뮬레이션을 실행하여 살아있는 로봇을 조립하여 유용한 작업을 수행하는 방법을 찾았습니다. 작업.

“우리는 AI를 사용합니다. 가상 세계에서 다양한 로봇 디자인을 '진화'시키는 것입니다.”라고 Blackiston은 말했습니다. “컴퓨터에 '직선으로 걸을 수 있는 로봇을 만들라'는 임무가 주어지면 수백만 가지의 다양한 조합을 조립합니다. 문제가 해결될 때까지 가상 세포… 그러면 컴퓨터가 나에게 청사진을 주고, 나는 세포를 연결해 생활을 하는 일을 하게 된다. 버전. 그래서 어떤 면에서는 컴퓨터로부터 명령을 받고 있는 것 같아요.”

안 작업에 관한 초기 논문, 살아있는 로봇이 존재한다는 원리 증명, 그리고 A.I. 간단한 일을 하도록 디자인할 수 있다는 책이 작년에 출판되었습니다. 두 번째 논문, 최근에 출판됨 과학로봇공학, 이를 유용한 도구로 만들기 위한 조치가 취해졌음을 보여줍니다.

보완적인 질문

전통적인 발생 생물학은 초파리, 생쥐, 개구리와 같은 표준 모델 시스템과 이들 시스템의 게놈이 특정 종류의 신체를 생성하는 하드웨어를 암호화하는 방법에 중점을 두었습니다. 제노봇 레빈(Levin)과 그의 동료 연구원들은 디지털 트렌드(Digital Trends)에 "보완적인 질문"이라고 말한 내용을 연구하고 있습니다. 이는 다음에 관한 것입니다. "생명 소프트웨어의 재프로그래밍 가능성", 그리고 유전적으로 정상적인 세포가 자신의 세포와 상당히 다른 세포를 만들도록 유도되는지 여부 생물학적 기본값.

“나는 이것이 생물학자들의 표준 툴킷에 무수히 많은 새로운 생명체를 추가하여 그들이 어디에 있는지 질문할 수 있게 하는 새로운 접근 방식의 시작이라고 생각합니다. 신체 계획은 세포 간의 협력이 어떻게 작동하는지, 세포 집단 지능이 어떻게 구현되는지, 세포 그룹을 자극하여 우리가 원하는 것을 만들 수 있는 방법에서 비롯됩니다.” 레빈이 말했다. “이것은 게놈과 해부학 사이의 관계를 밝힐 뿐만 아니라 — 우리의 제노봇은 완전히 표준적인 개구리를 가지고 있기 때문에 게놈은 유용한 합성 생명체를 가능하게 하고, 우리에게 유전자의 규칙을 이해할 수 있는 새로운 샌드박스를 제공합니다. 형태형성.”

생물학적 로봇에 대한 아이디어는 새로운 것이 아닙니다. 실제로 이는 로봇이 대체로 견고한 금속 개체로 인식되는 현대적 개념보다 앞서는 것 같습니다. 1920년 SF 희곡에서 "로봇"이라는 용어를 창안한 체코 극작가 카렐 차페크가 상상한 로봇 Rossum의 유니버설 로봇 본질적으로 생물학적이다. 그들은 합성 유기 물질을 사용하여 공장에서 만들어지기 때문에 기계보다 안드로이드의 현대적인 아이디어와 더 유사합니다.

다른 실제 연구자들도 흥미로운 방식으로 자연 세계와 기계 세계를 결합하려고 노력해 왔습니다. 유럽연합이 자금을 지원하는 플로라 로보티카 프로그램 로봇과 자연 식물 사이의 밀접하게 연결된 공생 관계를 개발 및 조사하고 식물-로봇의 잠재력을 탐구하는 것을 목표로 합니다. 사회는 건축 유물과 생활 공간을 생산할 수 있습니다.” 한편 해군 연구실에서 자금을 지원하는 프로젝트는 건설에 중점을 두고 있습니다. ~의 배낭을 메고 있는 사이보그 메뚜기들의 곤충군대 폭탄 탐지와 같은 작업을 수행하는 데 사용됩니다. 중국 저장대학교(Zhejiang University)의 연구원들은 인간이 다음을 수행할 수 있는 장치를 만들었습니다. 쥐의 움직임을 마인드 컨트롤 뇌-뇌 인터페이스라는 기술을 통해 말이죠. 작년에 스탠포드 대학의 연구원들은 살아있는 해파리의 저전력 마이크로 전자공학 자연스러운 추진력을 향상시키는 것을 목표로합니다. 등등.

새로운 생물학적 유기체

이러한 프로젝트와 제노봇의 차이점은 후자가 단순히 생물학적 유기체의 능력을 강화하기 위해 기술 구성 요소를 사용하지 않는다는 것입니다. 그것은 완전히 인공 로봇처럼 제어될 수 있거나 적어도 제어될 수 있는 완전히 새로운 생물학적 유기체를 생성합니다.

"A.I.가 설계한 제노봇은 로봇과 유기체의 특성을 모두 구현하기 때문에 로봇과 유기체의 정의를 모두 폭발시킵니다." 조쉬 본가드, 버몬트 대학교 컴퓨터 과학과 교수는 Digital Trends에 말했습니다. “그들은 인간에게 유용한 기능을 자율적으로 수행하도록 설계되었기 때문에 로봇과 같습니다. 그러나 그들은 또한 유전적으로 변형되지 않은 개구리라는 의미에서 유기체이며 단지 매우 다른 형태와 기능으로 밀려났습니다.”

제작자가 약속한 Xenobots는 단기 및 단기적으로 다양한 응용 프로그램을 보유할 가능성이 높습니다. Levin은 양서류 세포를 사용하기 때문에 단기적인 가능성에는 환경 정화 및 감지가 포함될 수 있다고 제안했습니다. 약 일주일 안에 생분해되는 실외 온도의 물에서 생활하는 것은 이러한 환경에 완벽하게 적합할 수 있습니다. 시나리오. 로봇은 위험한 화학물질을 대사하고 소량의 오염물질을 감지할 수 있습니다. 심지어 특정 조건에 노출되면 빨간색으로 빛나고 모양이 바뀌는 등 환경 경험을 기록하는 기본적이고 현재 원시적인 방법도 있습니다.

Blackiston은 “환경적 측면에서 이는 생물학적 탐지 및 생물학적 정화에 사용될 수 있습니다.”라고 말했습니다. “우리는 살아있는 로봇이 오염물질을 감지하도록 프로그래밍할 수 있고, 희망적으로는 오염물질을 찾아서 파괴할 수 있습니다. 일을 마친 후에는 인공 폐기물을 남기지 않고 환경에 무해하게 분해될 수 있습니다.”

장기적인 비전은 재생의학에 초점을 맞추고 있습니다. “외상성 부상, 노화, 암, 선천적 결함 등 생물의학의 거의 모든 문제는 우리가 원하는 복잡한 기관을 만들도록 세포 집단에 동기를 부여하는 방법을 안다면 패배할 것입니다.”라고 말했습니다. 번갯불.

연구원들은 다양한 사용 사례에 맞게 다양한 세포 유형으로 봇을 구축하는 것이 가능할 것이라고 추측합니다. Blackiston은 “인간 환자에게 약물을 전달하거나 부상 후 회복 과정을 돕기 위해 유사한 시스템을 사용하는 것을 상상할 수 있습니다.”라고 말했습니다. “환자 자신의 줄기세포로 만든다면 환자가 일을 마친 후 자연스럽게 몸에서 제거되는 생체적합성 로봇을 만들 수 있을 것입니다.”

과제 해결

이 단계에 도달하기 전에 해야 할 일이 아직 많이 남아 있습니다. 한 가지 과제는 봇을 가장 잘 제어하는 ​​방법과 관련됩니다. Bongard는 "[이 문제는] 현재로서는 완전한 수수께끼로 남아 있습니다."라고 말했습니다. "우리는 이 문제를 해결하기 위해 노력하고 있으며 머지않은 미래에 새로운 놀라움을 보고할 수 있기를 바랍니다."

Blackiston은 한 가지 개념은 타고난 생물학적 행동으로 로봇을 프로그래밍하는 것과 관련이 있으며, 이는 나이가 들수록 잠재적으로 진화할 수 있다고 말했습니다. 즉, 제노봇은 한 가지 목적으로 "탄생"하고 나이가 들면서 다른 목적으로 전환할 수 있습니다.

또 다른 장애물은 봇 생산 속도를 높이는 것입니다. 현재 제노봇은 손으로 제작해야 하는데, Blackiston은 이 과정에 "현미경을 관찰하는 데 많은 시간이 걸리고 상당한 양의 미세한 모터 제어가 필요하다"고 말했습니다. 연구원들은 3D 바이오 프린터를 적용하여 전체 프로세스를 자동화하여 살아있는 로봇을 위한 일종의 컨베이어 벨트 생산 라인을 만드는 방법을 찾고 있습니다.

한 가지 확실한 점은 시간이 지나면서 제노봇에 대해 훨씬 더 많은 이야기를 듣게 될 것이라는 점입니다. 이름에 "xeno"가 남아 있을 수도 있지만 앞으로 몇 년 안에 전 세계에 훨씬 더 친숙해질 가능성이 높습니다.

편집자의 추천

• 사람이 던지는 모든 공을 완벽하게 흉내낼 수 있는 판도를 바꾸는 피칭 로봇을 만나보세요
• Digit을 만나보세요: 언젠가 당신에게 패키지를 배달할 수도 있는 타조 다리 로봇
• 전투 로봇의 보스턴 역학, Ghost Robotics를 만나보세요
• 광합성 해킹: 인공 잎이 미래의 원동력이 될 수 있을까요?
• 의사가 코로나바이러스 환자를 치료하는 데 도움을 주는 로봇을 만나보세요