Ksenobotai: gyvi, biologiniai robotai, dirbantys būriuose

2020 metais į Žemę atkeliavo nauja gyvybės forma. Tiksliau, jis pateko į laboratoriją - Levino laboratoriją Tufts universitete Masačusetse. Kalbant apie svetimas rūšis, tai nebuvo maži žalieji žmogeliukai ar bet kokia kita mokslinės fantastikos klišė. Jie labiau atrodė kaip mažos juodos smulkaus smėlio dėmės, lėtai judančios Petri lėkštelėje. Ir nors jie nėra svetimi pagal nežemišką apibrėžimą, jie tikrai yra ta prasme, kad jie yra keisti. Šie vadinamieji „ksenobotai“ yra gyvi, biologiniai automatai, kurie gali tik signalizuoti apie mūsų žinomos robotikos ateitį.

„Jie neatitinka klasikinio organizmo apibrėžimo, nes negali daugintis – nors saugumo požiūriu tai [yra] savybė, o ne trūkumas. Douglasas Blackistonas, vyresnysis mokslininkas iš Tuftso universiteto Alleno atradimų centro, pasakojo „Digital Trends“. „Jie gali būti klasifikuojami kaip „netobuli organizmai“. Tačiau manau, kad jie priskiriami robotams. Nors jie gyvena, jie yra sukurti nuo pat pradžių tam tikram tikslui. Tai nėra kažkas, kas kada nors egzistavo ar galėtų egzistuoti gamtoje – tai žmogaus sukurta konstrukcija.

Spiečius gyvų robotų

Grįžkime atgal. Praėjusiais metais Tufts mokslininkai sukūrė pirmuosius pasaulyje mažus, gyvus, savarankiškai veikiančius robotus. Šie ksenobotai buvo sukurti taip, kad veiktų būryje: vaikščioti, plaukti, stumti granules, gabenti naudingus krovinius ir dirbti kartu, kad „sukauptų“. šiukšlės, išsibarsčiusios jų indo paviršiuje į tvarkingas krūvas. Jie gali išgyventi savaites be maisto ir po to pasveikti plyšimų. O, ir jie pagaminti iš varlės gabaliukų, perkonfigūruoti A.I.

Norėdami sukurti ksenobotus, Tufts tyrinėtojai paėmė odos ląsteles iš šviežių varlių embrionų (varlių rūšis vadinama Xenopus laevis) ir paskatino juos „perkrauti daugialąstį“ naujoje aplinkoje. Išlaisvintos iš likusio embriono, šios odos ląstelės suformavo ką Michaelas Levinas, mokslininkas, kurio vardu pavadinta Levino laboratorija, vadina „proto būtybe“, pasižyminčia unikalia struktūra ir elgesiu.

Kai Tufts mokslininkai kūrė fizinius ksenobotus, mokslininkai lygiagrečiai dirbo Universitete Vermontas panaudojo superkompiuterį, kad paleistų modeliavimą, kad surastų būdus, kaip surinkti šiuos gyvus robotus, kad jie veiktų naudingi. užduotys.

„Mes naudojame A.I. „Patobulinti“ skirtingus robotų dizainus virtualiame pasaulyje“, – sakė Blackistonas. „Kompiuteriui duota užduotis, pavyzdžiui, „sukurti robotą, galintį vaikščioti tiesia linija“, ir jis surenka milijonus skirtingų virtualiosios ląstelės, kol ji išspręs problemą... Tada kompiuteris pateikia man planą, ir aš pradedu dirbti sujungdamas ląsteles, kad pragyvenčiau versija. Taigi tam tikra prasme aš priimu užsakymus iš kompiuterio.

An pradinis dokumentas apie darbą, principo įrodymas, kad gyvi robotai egzistuoja, ir kad A.I. gali suprojektuoti juos atlikti paprastus dalykus, buvo paskelbtas praėjusiais metais. Antras popierius, paskelbta neseniai m Mokslo robotika, rodo, kad buvo imtasi veiksmų, kad jie taptų naudingais įrankiais.

Papildomas klausimas

Tradicinė vystymosi biologija daugiausia dėmesio skyrė standartinėms modelių sistemoms, tokioms kaip vaisinė musė, pelė ir varlė, ir kaip jų genomai koduoja aparatūrą, kuri sukuria tam tikros rūšies kūną. Ksenobotai Levinas ir jo kolegos tyrinėtojai dirba ties tuo, ką jis pasakė „Digital Trends“, yra „papildomas klausimas“. Tai liečia „gyvybės programinės įrangos perprogramavimas“ ir tai, ar genetiškai normalios ląstelės yra suviliojamos sukurti kažką, kas visiškai skiriasi nuo jų biologinis nutylėjimas.

„Manau, kad tai yra naujo požiūrio, pagal kurį daugybė naujų gyvybės formų pridedama prie standartinio biologų įrankių rinkinio, kuris leidžia jiems paklausti, kur kūno planai, kaip veikia ląstelių bendradarbiavimas, kaip įgyvendinamas ląstelių kolektyvinis intelektas ir kaip galime paskatinti ląstelių grupes daryti tai, ko norime. Levinas pasakė. „Tai ne tik atskleidžia ryšį tarp genomo ir anatomijos, nes mūsų ksenobotai turi visiškai standartinę varlę. genomas, bet taip pat leidžia naudoti naudingas sintetines gyvas mašinas ir suteikia mums naują smėlio dėžę, kurioje galime suprasti morfogenezė“.

Biologinių robotų idėja nėra nauja. Tiesą sakant, tai, be abejo, atsirado anksčiau nei šiuolaikinė robotų, kaip daugiausia tvirtų metalinių objektų, samprata. Robotai, kuriuos įsivaizdavo čekų dramaturgas Karelis Čapekas, sugalvojęs terminą „robotas“ savo 1920 m. mokslinės fantastikos pjesėje. Rossum universalūs robotai yra biologinio pobūdžio. Jie yra sukurti gamykloje, naudojant sintetinę organinę medžiagą, todėl jie labiau panašūs į šiuolaikinę androidų idėją nei į mašinas.

Kiti realaus gyvenimo tyrinėtojai taip pat bandė įdomiais būdais sujungti gamtos ir mašinų pasaulį. Europos Sąjungos lėšomis Flora Robotica programa siekia „plėtoti ir ištirti glaudžiai susijusius simbiotinius ryšius tarp robotų ir natūralių augalų bei ištirti augalų ir robotų galimybes. visuomenė, galinti gaminti architektūrinius artefaktus ir gyvenamąsias erdves. Tuo tarpu Karinio jūrų laivyno tyrimų biuro finansuojamas projektas yra skirtas statyboms iš an vabzdžių armija kuprinę nešiojančių kiborgų skėrių atlikti tokias užduotis kaip bombų aptikimas. Zhejiang universitete Kinijoje mokslininkai sukūrė sąranką, leidžiančią žmonėms protas kontroliuoti žiurkių judesius naudojant technologiją, vadinamą smegenų ir smegenų sąsaja. Praėjusiais metais Stanfordo universiteto mokslininkai įdėjo mažos galios mikroelektronika gyvose medūzose siekiant sustiprinti jų natūralų varomąjį jėgą. Ir taip toliau.

Naujas biologinis organizmas

Skirtumas tarp šių projektų ir ksenobotų yra tas, kad pastarieji ne tik naudoja technologinius komponentus, kad padidintų biologinio organizmo gebėjimus; jis sukuria visiškai naują biologinį organizmą, kuris gali būti – arba bent jau bus – valdomas kaip visiškai dirbtinis robotas.

„A.I. sukurti ksenobotai išsprogdina roboto ir organizmo apibrėžimus, nes jie įkūnija abiejų bruožus. Joshas Bongardas, Vermonto universiteto kompiuterių mokslų katedros profesorius, pasakojo „Digital Trends“. „Jie yra kaip robotai, nes yra sukurti savarankiškai atlikti tam tikrą žmogui naudingą funkciją. Tačiau jie taip pat yra organizmai ta prasme, kad jie yra genetiškai nepakeistos varlės, tiesiog nustumtos į labai skirtingas formas ir funkcijas.

Ksenobotai, žada jų kūrėjai, greičiausiai turės daugybę skirtingų programų tiek tolimoje, tiek artimiausioje perspektyvoje. Levinas pasiūlė, kad artimiausios galimybės galėtų apimti aplinkos valymą ir jutimą, nes naudojamos varliagyvių ląstelės gyvendami lauko temperatūros vandenyje, kuris biologiškai suyra maždaug per savaitę, galėtų jiems puikiai tikti scenarijai. Botai gali metabolizuoti pavojingas chemines medžiagas ir pajusti nedidelį teršalų kiekį. Jie netgi turi pagrindinius, šiuo metu primityvius, aplinkos patirties įrašymo būdus – švyti raudonai ir keičia formą, kai veikia tam tikros sąlygos.

"Aplinkosaugos požiūriu jie galėtų būti naudojami biologiniam aptikimui ir biologiniam ištaisymui", - sakė Blackistonas. „Galėtume užprogramuoti gyvus robotus, kad jie pajustų teršalus ir, tikiuosi, juos ieškotų ir sunaikintų. Baigę savo darbą, jie [gali] nekenksmingai suirti aplinkoje, [nepalikdami] jokių dirbtinių atliekų.

Ilgalaikė vizija orientuota į regeneracinę mediciną. „Gali būti beveik visos biomedicinos problemos – trauminiai sužalojimai, senėjimas, vėžys, apsigimimai nugalėjome, jei žinotume, kaip paskatinti ląstelių kolektyvus kurti bet kokius sudėtingus organus, kurių tik norime“, – sakė Levinas.

Tyrėjai spėja, kad bus galima sukurti robotus iš įvairių tipų ląstelių, skirtų įvairiems naudojimo atvejams. „Galėtumėte įsivaizduoti, kad naudojate panašią sistemą, skirtą vaistams tiekti žmogui arba padėti taisyti po traumos“, - sakė Blackistonas. „Jei jie būtų pagaminti iš paties paciento kamieninių ląstelių, tai leistų mums sukurti biologiškai suderinamus robotus, kurie natūraliai pašalinami nuo paciento, kai baigia savo darbą.

Iššūkių sprendimas

Dar reikia daug nuveikti, kol bus pasiektas šis etapas. Vienas iš iššūkių yra tai, kaip geriausiai valdyti robotus. „[Ši problema] kol kas lieka visiška paslaptis“, – sakė Bongardas. „Dirbame ties šiuo klausimu ir tikimės, kad artimiausioje ateityje sulauksime naujų staigmenų.

Blackistonas teigė, kad viena koncepcija apima robotų programavimą su įgimtu biologiniu elgesiu, kuris gali išsivystyti jiems senstant. Kitaip tariant, ksenobotai gali „gimti“ turėdami vieną tikslą, o tada, kai jie sensta, pereiti prie kito.

Kita kliūtis yra pagreitinti robotų gamybą. Šiuo metu ksenobotai turi būti gaminami rankomis, o šis procesas, pažymėjo Blackistonas, „reikalauja daug laiko po mikroskopu ir daug smulkios variklio valdymo“. Tyrėjai ieško būdų, kaip pritaikyti 3D biospausdintuvus, kad būtų galima automatizuoti visą procesą, todėl gyviems robotams sukurta tam tikra konvejerio juostos gamybos linija.

Aišku vienas dalykas: laikui bėgant tikriausiai išgirsime daug daugiau apie ksenobotus. „Xeno“ jų pavadinime gali išlikti, bet tikėtina, kad ateinančiais metais jie taps daug labiau pažįstami pasauliui.

Redaktorių rekomendacijos

• Susipažinkite su žaidimą keičiančiu metimo robotu, kuris gali puikiai imituoti bet kokį žmogaus metimą
• Susipažinkite su skaitmeniu: stručio kojomis robotas, kuris vieną dieną gali pristatyti jums siuntinius
• Susipažinkite su „Ghost Robotics“, kovinių robotų „Boston Dynamics“.
• Įsilaužimo fotosintezė: ar dirbtiniai lapai gali paskatinti ateitį?
• Susipažinkite su robotu, padedančiu gydytojams gydyti koronavirusu sergančius pacientus