Xenoboți: roboți vii, biologici care lucrează în roiuri

În 2020, o nouă formă de viață a sosit pe Pământ. Mai precis, a ajuns într-un laborator - Laboratorul Levin de la Universitatea Tufts din Massachusetts. După cum spun speciile extraterestre, aceștia nu erau oameni mici verzi sau orice alt clișeu științifico-fantastic. Arătau mai degrabă ca niște pete negre minuscule de nisip fin care se mișcă încet într-o cutie Petri. Și deși nu sunt extratereștri în definiția extraterestră, cu siguranță sunt în sensul că sunt ciudați. Acești așa-numiți „xenoboți” sunt automate vii, biologice, care ar putea doar să semnaleze viitorul roboticii așa cum o cunoaștem.

„Acestea nu se potrivesc cu definiția clasică a unui organism, deoarece nu se pot reproduce – deși din punct de vedere al siguranței aceasta [este] o caracteristică și nu un defect.” Douglas Blackiston, un om de știință senior la Allen Discovery Center de la Universitatea Tufts, a declarat pentru Digital Trends. „Ar putea fi clasificați ca un „organism imperfect”. Totuși, cred că se califică drept roboți. Chiar dacă trăiesc, sunt construite de la zero pentru un anumit scop. Acestea nu sunt ceva care a existat sau ar putea vreodată să existe în natură - este o construcție făcută de om.”

Roiuri de roboți vii

Să ne întoarcem. Anul trecut, cercetătorii de la Tufts au creat primii roboți minusculi, vii și auto-alimentați din lume. Acești xenoboți au fost proiectați să funcționeze într-un roi: mergând, înotând, împingând peleți, transportând sarcini utile și lucrând împreună pentru a „agrega resturi împrăștiate de-a lungul suprafeței vasului lor în grămezi îngrijite.” Sunt capabili să supraviețuiască săptămâni întregi fără mâncare și să se vindece după aceea lacerații. Ah, și sunt făcute din bucăți de broască, reconfigurate de un I.A.

Pentru a crea xenoboții, cercetătorii Tufts au luat celule de piele de la embrioni de broaște proaspeți (specia de broaște este numită Xenopus laevis) și i-a încurajat să-și „repornească multicelularitatea” într-un mediu nou. Eliberate de restul embrionului, aceste celule ale pielii au format ce Michael Levin, omul de știință după care poartă numele Levin Lab, numește o „proto-creatură”, completă cu propria sa structură și comportament unic.

Pe măsură ce oamenii de știință de la Tufts creau organismele fizice xenobot, cercetătorii care lucrau în paralel la Universitatea din Vermont a folosit un supercomputer pentru a rula simulări pentru a încerca să găsească modalități de a asambla acești roboți vii pentru a avea rezultate utile. sarcini.

„Folosim A.I. pentru a „evolua” diferite modele de roboți într-o lume virtuală”, a spus Blackiston. „Computerului i se dă o sarcină, cum ar fi „a face un robot care poate merge în linie dreaptă” și adună milioane de combinații diferite de celule virtuale până când rezolvă problema... Computerul îmi dă apoi un plan și mă apuc de conectând celulele pentru a trăi. versiune. Deci, într-un fel, primesc comenzi de la computer.”

Un lucrare inițială despre lucrare, o dovadă a principiului că roboții vii există și că A.I. le poate proiecta pentru a face lucruri simple, a fost publicat anul trecut. O a doua lucrare, publicat recent în Robotică științifică, arată că s-au luat măsuri pentru a le transforma în instrumente utile.

Întrebarea complementară

Biologia tradițională a dezvoltării s-a concentrat pe sisteme model standard, cum ar fi musca de fructe, șoarecele și broasca, și modul în care genomul lor codifică hardware-ul care creează un anumit tip de corp. Xenoboții Levin și colegii săi cercetători lucrează la ceea ce el a spus pentru Digital Trends este „întrebarea complementară”. Aceasta se referă la „reprogramabilitatea software-ului vieții” și dacă celulele normale din punct de vedere genetic sunt atrase să construiască ceva care este destul de diferit de implicit biologic.

„Cred că acesta este începutul unei noi abordări în care o multitudine de forme noi de viață sunt adăugate la setul de instrumente standard al biologilor, care le permite să întrebe unde Planurile corporale provin, cum funcționează cooperarea dintre celule, cum este implementată inteligența colectivă celulară și cum putem stimula grupurile de celule să facă tot ce ne dorim.” spuse Levin. „Acest lucru nu numai că aruncă lumină asupra relației dintre genom și anatomie, deoarece xenoboții noștri au o broască total standard. genomului — dar permite, de asemenea, mașini vii sintetice utile și ne oferă un nou sandbox în care să înțelegem regulile morfogeneza.”

Ideea roboților biologici nu este nouă. De fapt, este probabil anterioară concepției moderne despre roboți ca entități metalice, în mare măsură robuste. Roboții imaginați de dramaturgul ceh Karel Čapek, care a inventat termenul „robot”, în piesa sa de science-fiction din 1920. Roboții Universali ai lui Rossum sunt de natură biologică. Ele sunt create într-o fabrică folosind material organic sintetic, făcându-le mai asemănătoare cu ideea modernă de androizi decât cu mașini.

Alți cercetători din viața reală au căutat, de asemenea, să combine lumea naturală și cea a mașinilor în moduri interesante. Finanțat de Uniunea Europeană Programul Flora Robotica își propune „să dezvolte și să investigheze relații simbiotice strâns legate între roboți și plantele naturale și să exploreze potențialele unei plante-robot. societate capabilă să producă artefacte arhitecturale și spații de locuit.” Un proiect finanțat de Office of Naval Research, între timp, se concentrează pe construcție a unui armata de insecte de lăcuste cyborg purtătoare de rucsac pentru îndeplinirea sarcinilor precum detectarea bombelor. La Universitatea Zhejiang, din China, cercetătorii au creat o configurație care permite oamenilor controlează mintea mișcările șobolanilor printr-o tehnologie numită interfață creier-creier. Anul trecut, cercetătorii de la Universitatea Stanford au integrat microelectronica de putere redusă la meduzele vii cu scopul de a spori propulsia lor naturală. Și așa mai departe.

Un nou organism biologic

Diferența dintre aceste proiecte și xenoboți este că cei din urmă nu folosesc pur și simplu componente tehnologice pentru a crește abilitățile unui organism biologic; creează un organism biologic complet nou care poate – sau, cel puțin, va – fi controlat ca un robot complet artificial.

„Xenoboții proiectați de inteligență artificială explodează atât definițiile robotului, cât și ale organismului, deoarece întruchipează trăsăturile ambelor.” Josh Bongard, un profesor la Departamentul de Informatică al Universității din Vermont, a declarat pentru Digital Trends. „Sunt ca niște roboți, deoarece sunt proiectați să îndeplinească o funcție utilă pentru oameni în mod autonom. Dar sunt și organisme în sensul că sunt broaște nemodificate genetic, doar împinse în forme și funcții foarte diferite.”

Xenoboții, promit creatorii lor, vor avea probabil o serie de aplicații diferite, atât pe termen lung, cât și pe termen scurt. Levin a sugerat că posibilitățile pe termen scurt ar putea include curățarea și detectarea mediului, deoarece utilizarea celulelor amfibiene a trăi în apă la temperatură exterioară, care sunt biodegradabile în aproximativ o săptămână, le-ar putea face perfect potrivite pentru acestea scenarii. Boții pot metaboliza substanțe chimice periculoase și pot detecta cantități mici de poluanți. Ei au chiar și modalități de bază, în prezent primitive, de a înregistra experiențele de mediu - prin strălucirea roșie și schimbarea formei atunci când sunt expuse la anumite condiții.

„În ceea ce privește mediul, acestea ar putea fi utilizate pentru biodetecție și bioremediere”, a spus Blackiston. „Am putea programa roboții vii să detecteze poluanții și să sperăm să-i căutăm și să-i distrugem. Odată ce își termină treaba, [ar putea] să se descompună inofensiv în mediu, [fără a lăsa] deșeuri artificiale în urmă.”

Viziunea pe termen lung este axată pe medicina regenerativă. „Aproape toate problemele de biomedicină – leziuni traumatice, îmbătrânire, cancer, malformații congenitale – ar putea fi învins dacă am ști cum să motivăm colectivele de celule să construiască orice organe complexe ne dorim”, a spus Levin.

Cercetătorii speculează că va fi posibil să se construiască roboți din diferite tipuri de celule diferite pentru diferite cazuri de utilizare. „V-ați putea imagina că folosiți un sistem similar pentru a furniza medicamente unui pacient uman sau pentru a ajuta procesul de reparare în urma unei răni”, a spus Blackiston. „Dacă este fabricat din celulele stem proprii unui pacient, ne-ar permite să realizăm roboți biocompatibili care sunt îndepărtați de pacient în mod natural după ce își termină treaba.”

Rezolvarea provocărilor

Mai este mult de făcut înainte de a ajunge la această etapă. O provocare implică cum să controlați cel mai bine roboții. „[Această problemă] rămâne, deocamdată, un mister complet”, a spus Bongard. „Lucrăm la asta și sperăm să avem noi surprize de raportat în viitorul nu prea îndepărtat.”

Blackiston a spus că un concept implică programarea roboților cu comportamente biologice înnăscute, care ar putea evolua pe măsură ce îmbătrânesc. Cu alte cuvinte, xenoboții ar putea fi „născuți” cu un singur scop și apoi să treacă la altul pe măsură ce îmbătrânesc.

Un alt obstacol implică accelerarea producției de roboți. În prezent, xenoboții trebuie să fie construiți manual, un proces care, a remarcat Blackiston, „necesită mult timp la microscop și mult control motor fin”. Cercetătorii caută modalități de adaptare a bioimprimantelor 3D pentru a automatiza întregul proces, rezultând un fel de linie de producție cu benzi transportoare pentru roboți vii.

Un lucru sigur: probabil că vom auzi mult mai multe despre xenoboți pe măsură ce trece timpul. „Xeno” din numele lor ar putea rămâne, dar acestea vor deveni mult mai familiare lumii în anii următori.

Recomandările editorilor

• Faceți cunoștință cu robotul de aruncare care schimbă jocul, care poate imita perfect orice aruncare umană
• Faceți cunoștință cu Digit: robotul cu picioare de struț care ar putea într-o zi să vă livreze pachete
• Faceți cunoștință cu Ghost Robotics, Boston Dynamics a botilor de luptă
• Hacking fotosinteza: Ar putea frunzele artificiale să alimenteze viitorul?
• Faceți cunoștință cu robotul care ajută medicii să trateze pacienții cu coronavirus