Ksenoboti: dzīvi, bioloģiski roboti, kas strādā spietos

2020. gadā uz Zemes ieradās jauna dzīvības forma. Precīzāk, tas nonāca laboratorijā - Levina laboratorijā Tufts Universitātē Masačūsetsā. Tā kā citplanētiešu sugas mēdz būt, tie nebija mazi zaļi cilvēciņi vai kāda cita zinātniskās fantastikas klišeja. Tie vairāk izskatījās pēc sīkiem melniem smalku smilšu plankumiem, kas lēnām kustējās Petri trauciņā. Un, lai gan ārpuszemes definīcijā tie nav sveši, viņi noteikti ir dīvaini. Šie tā sauktie "ksenoboti" ir dzīvi, bioloģiski automāti, kas var tikai signalizēt par robotikas nākotni, kādu mēs to zinām.

"Tie neatbilst klasiskajai organisma definīcijai, jo tie nevar vairoties, lai gan no drošības viedokļa tā [ir] iezīme, nevis defekts." Duglass Blekistons, vecākais zinātnieks Alena atklājumu centrā Tufts Universitātē, pastāstīja Digital Trends. "Tos varētu klasificēt kā "nepilnīgu organismu". Tomēr es domāju, ka viņi ir kvalificējami kā roboti. Pat ja viņi dzīvo, tie ir uzbūvēti no paša sākuma konkrētam mērķim. Tie nav kaut kas tāds, kas jebkad ir vai varētu būt dabā — tā ir cilvēka radīta konstrukcija.

Dzīvu robotu bari

Atgriezīsimies. Pagājušajā gadā Tufts pētnieki radīja pasaulē pirmos mazos, dzīvos, pašnodarbinātos robotus. Šie ksenoboti ir izstrādāti, lai darbotos barā: staigāšana, peldēšana, granulu stumšana, lietderīgās kravas pārvadāšana un kopīga darbība, lai “apkopotu gruveši, kas izkaisīti gar viņu trauka virsmu kārtīgās kaudzēs. Viņi spēj izdzīvot nedēļas bez ēdiena un pēc tam izārstēties plīsumi. Ak, un tie ir izgatavoti no vardes gabaliņiem, kurus pārkonfigurējis A.I.

Lai izveidotu ksenobotus, Tuftu pētnieki paņēma ādas šūnas no svaigiem varžu embrijiem (vardes sugu sauc par Xenopus laevis) un mudināja viņus “pārstartēt savu daudzšūnu sistēmu” jaunā vidē. Atbrīvotas no pārējā embrija, šīs ādas šūnas veidoja ko Maikls Levins, zinātnieks, kura vārdā nosaukta Levina laboratorija, sauc par “protoradījumu”, kam piemīt unikāla struktūra un uzvedība.

Kamēr Tufts zinātnieki radīja fiziskos ksenobotu organismus, pētnieki paralēli strādāja universitātē. Vērmonts izmantoja superdatoru, lai veiktu simulācijas, lai mēģinātu atrast veidus, kā salikt šos dzīvos robotus, lai veiktu noderīgus rezultātus. uzdevumus.

"Mēs izmantojam A.I. lai virtuālajā pasaulē “attīstītu” dažādus robotu dizainus,” sacīja Blekistons. "Datoram tiek dots uzdevums, piemēram, "izveidot robotu, kas var staigāt taisnā līnijā", un tas saliek miljoniem dažādu kombināciju virtuālās šūnas, līdz tas atrisina problēmu… Pēc tam dators man iedod projektu, un es sāku strādāt, savienojot šūnas, lai iegūtu iztiku versija. Tātad savā ziņā es pieņemu pasūtījumus no datora.

An sākotnējais dokuments par darbu, pierādījums tam, ka pastāv dzīvi roboti un ka A.I. var izstrādāt tās, lai veiktu vienkāršas lietas, tika publicēts pagājušajā gadā. Otrs papīrs, nesen publicēts Zinātnes robotika, parāda, ka ir veikti pasākumi, lai tos padarītu par noderīgiem rīkiem.

Papildu jautājums

Tradicionālā attīstības bioloģija ir koncentrējusies uz standarta modeļu sistēmām, piemēram, augļu mušu, peli un vardi, un to, kā to genomi kodē aparatūru, kas rada noteikta veida ķermeni. Ksenoboti Levins un viņa kolēģi pētnieki strādā pie tā, ko viņš teica Digital Trends, ir “papildu jautājums”. Tas attiecas uz "dzīvības programmatūras pārprogrammējamība" un tas, vai ģenētiski normālas šūnas tiek vilinātas izveidot kaut ko, kas ir diezgan atšķirīgs no viņu bioloģiskā noklusējuma.

"Es domāju, ka tas ir sākums jaunai pieejai, kurā neskaitāmas jaunas dzīvības formas tiek pievienotas biologu standarta rīku komplektam, kas ļauj viņiem jautāt, kur ķermeņa plāni rodas, kā notiek sadarbība starp šūnām, kā tiek īstenots šūnu kolektīvais intelekts un kā mēs varam stimulēt šūnu grupas radīt visu, ko mēs vēlamies. Levins teica. "Tas ne tikai izgaismo attiecības starp genomu un anatomiju, jo mūsu ksenobotiem ir pilnīgi standarta varde genoms — bet tas nodrošina arī noderīgas sintētiskas dzīvas mašīnas un dod mums jaunu smilšu kasti, kurā izprast noteikumus morfoģenēze."

Ideja par bioloģiskajiem robotiem nav jauna. Faktiski tas, iespējams, ir datēts pirms mūsdienu koncepcijas par robotiem kā lielā mērā izturīgām, metāliskām vienībām. Roboti, ko iedomājies čehu dramaturgs Karels Čapeks, kurš savā 1920. gada zinātniskās fantastikas lugā radīja terminu “robots” Rossum universālie roboti ir bioloģiska rakstura. Tie ir radīti rūpnīcā, izmantojot sintētisku organisku materiālu, padarot tos vairāk līdzīgākus mūsdienu idejai par androīdiem, nevis mašīnām.

Arī citi reālās dzīves pētnieki ir centušies interesantā veidā apvienot dabisko un mašīnu pasauli. Eiropas Savienības finansēts Flora Robotica programma mērķis ir "izstrādāt un izpētīt cieši saistītas simbiotiskas attiecības starp robotiem un dabiskajiem augiem un izpētīt augu-robota iespējas sabiedrība, kas spēj radīt arhitektūras artefaktus un dzīves telpas. Tikmēr projekts, ko finansē Jūras spēku izpētes birojs, koncentrējas uz būvniecību no an mugursomā nēsāto kiborgu siseņu kukaiņu armija tādu uzdevumu veikšanai kā bumbas atklāšana. Džedzjanas universitātē Ķīnā pētnieki ir izveidojuši iestatījumu, kas ļauj cilvēkiem prāts kontrolē žurku kustības izmantojot tehnoloģiju, ko sauc par smadzeņu un smadzeņu saskarni. Pagājušajā gadā Stenfordas universitātes pētnieki iegula mazjaudas mikroelektronika dzīvās medūzās ar mērķi uzlabot to dabisko dzinējspēku. Un tā tālāk.

Jauns bioloģisks organisms

Atšķirība starp šiem projektiem un ksenobotiem ir tāda, ka pēdējie ne tikai izmanto tehnoloģiskos komponentus, lai palielinātu bioloģiskā organisma spējas; tas rada pilnīgi jaunu bioloģisku organismu, ko var — vai vismaz tiks — kontrolēt kā pilnīgi mākslīgu robotu.

"A.I. izstrādātie ksenoboti eksplodē gan robota, gan organisma definīcijas, jo tie iemieso abu iezīmes." Džošs Bongards, Vērmontas Universitātes Datorzinātņu katedras profesors pastāstīja Digital Trends. "Tie ir kā roboti, jo tie ir paredzēti, lai autonomi veiktu kādu noderīgu funkciju cilvēkiem. Bet tie ir arī organismi tādā nozīmē, ka tās ir ģenētiski nemodificētas vardes, tikai iespiestas ļoti dažādās formās un funkcijās.

To veidotāji sola, ka ksenobotiem, visticamāk, būs vairākas dažādas lietojumprogrammas gan tālā, gan tuvākā termiņā. Levins ierosināja, ka tuvākās iespējas varētu ietvert vides attīrīšanu un noteikšanu, jo tiek izmantotas abinieku šūnas. dzīvošanai āra temperatūras ūdenī, kas bioloģiski noārdās apmēram nedēļas laikā, varētu padarīt tos ideāli piemērotus scenāriji. Boti var metabolizēt bīstamas ķīmiskas vielas un sajust nelielu daudzumu piesārņotāju. Viņiem pat ir pamata, pašlaik primitīvi veidi, kā reģistrēt vides pieredzi — mirdzot sarkanā krāsā un mainot formu, kad tiek pakļauti noteiktiem apstākļiem.

"No vides viedokļa tos varētu izmantot bioloģiskai noteikšanai un bioremediācijai," sacīja Blekistons. "Mēs varētu ieprogrammēt dzīvos robotus, lai tie sajustu piesārņotājus un, cerams, tos meklētu un iznīcinātu. Kad viņi pabeigs savu darbu, viņi [varētu] nekaitīgi sadalīties vidē, [neatstājot] mākslīgos atkritumus.

Ilgtermiņa redzējums ir vērsts uz reģeneratīvo medicīnu. "Var būt gandrīz visas biomedicīnas problēmas - traumatiski ievainojumi, novecošana, vēzis, iedzimti defekti uzvarēts, ja zinātu, kā motivēt šūnu kolektīvus veidot jebkādus sarežģītus orgānus, kādus mēs vēlamies," sacīja Levins.

Pētnieki spekulē, ka būs iespējams izveidot robotprogrammatūras no dažādiem šūnu tipiem dažādiem lietošanas gadījumiem. "Jūs varētu iedomāties izmantot līdzīgu sistēmu, lai piegādātu zāles cilvēkam vai palīdzētu remonta procesā pēc traumas," sacīja Blekistons. "Ja tas būtu izgatavots no pacienta paša cilmes šūnām, tas ļautu mums izgatavot bioloģiski saderīgus robotus, kas pēc darba pabeigšanas tiek dabiski atbrīvoti no pacienta."

Izaicinājumu risināšana

Pirms šī posma sasniegšanas vēl ir daudz darāmā. Viens no izaicinājumiem ir saistīts ar to, kā vislabāk kontrolēt robotprogrammatūras. "[Šī problēma] pagaidām paliek pilnīgs noslēpums," sacīja Bongards. "Mēs pie tā strādājam, un ceram, ka tuvākajā nākotnē būs jauni pārsteigumi, par kuriem ziņot."

Blekistons teica, ka viens no jēdzieniem ietver robotu programmēšanu ar iedzimtu bioloģisku uzvedību, kas potenciāli varētu attīstīties līdz ar vecumu. Citiem vārdiem sakot, ksenoboti var "piedzimt" ar vienu mērķi un pēc tam pāriet uz citu, kad tie kļūst vecāki.

Vēl viens šķērslis ir robotprogrammatūras ražošanas paātrināšana. Pašlaik ksenoboti ir jāveido ar rokām, un Blekistons atzīmēja, ka šim procesam ir nepieciešams daudz laika zem mikroskopa un daudz smalkas motora vadības. Pētnieki meklē veidus, kā pielāgot 3D bioprinterus, lai automatizētu visu procesu, kā rezultātā tiek izveidota sava veida konveijera lentes ražošanas līnija dzīviem robotiem.

Viena lieta ir droša: laika gaitā mēs, visticamāk, dzirdēsim daudz vairāk par ksenobotiem. “Kseno” viņu nosaukumā varētu palikt apkārt, taču, visticamāk, nākamajos gados tie pasaulei kļūs daudz pazīstamāki.

Redaktoru ieteikumi

• Iepazīstieties ar spēli mainošo metienu robotu, kas var lieliski atdarināt jebkuru cilvēka metienu
• Iepazīstieties ar ciparu: robotu ar strausa kājām, kas kādu dienu varētu jums piegādāt paciņas
• Iepazīstieties ar Ghost Robotics, Bostonas kaujas robotu dinamiku
• Datorurķēšanas fotosintēze: vai mākslīgās lapas varētu veicināt nākotni?
• Iepazīstieties ar robotu, kas palīdz ārstiem ārstēt koronavīrusa pacientus