Ксеноботы: живые биологические роботы, работающие стаями

В 2020 году на Землю прибыла новая форма жизни. Точнее, он прибыл в лабораторию — лабораторию Левина в Университете Тафтса в Массачусетсе. Что касается инопланетных видов, то это не были маленькие зеленые человечки или какое-либо другое клише из научной фантастики. Они больше походили на крошечные черные точки мелкого песка, медленно движущиеся в чашке Петри. И хотя они не являются инопланетянами в смысле инопланетян, они определенно являются ими в том смысле, что они странные. Эти так называемые «ксеноботы» — живые биологические автоматы, которые могут сигнализировать о будущем робототехники, какой мы ее знаем.

«Они не соответствуют классическому определению организма, потому что не могут размножаться, хотя с точки зрения безопасности это особенность, а не дефект», Дуглас Блэкистон, старший научный сотрудник Центра открытий Аллена при Университете Тафтса, рассказал Digital Trends. «Их можно классифицировать как «несовершенный организм». Однако я думаю, что их можно назвать роботами. Несмотря на то, что они живые, они построены с нуля для определенной цели. Это не то, что когда-либо существовало или могло когда-либо существовать в природе — это конструкция, созданная человеком».

Стаи живых роботов

Давайте сделаем резервную копию. В прошлом году исследователи из Тафтса создали первых в мире крошечных живых роботов с автономным питанием. Эти ксеноботы созданы для работы в стае: ходят, плавают, толкают гранулы, переносят полезную нагрузку и работают вместе, чтобы «агрегировать» мусор разбросан по поверхности их тарелки в аккуратные кучки». Они способны выживать неделями без еды и восстанавливаться после рваные раны. О, и они сделаны из кусочков лягушки, переконфигурированных искусственным интеллектом.

Для создания ксеноботов исследователи Тафтса взяли клетки кожи свежих эмбрионов лягушки (вид лягушки называется Ксенопус левис) и призвал их «перезагрузить свою многоклеточность» в новой среде. Освободившись от остального эмбриона, эти клетки кожи образовали то, что Майкл Левин, учёный, в честь которого названа лаборатория Левина, называет «протосуществом», обладающим собственной уникальной структурой и поведением.

Пока ученые Тафтса создавали физические организмы-ксеноботы, исследователи, работавшие параллельно в Университете Вермонт использовал суперкомпьютер для моделирования, чтобы попытаться найти способы сборки этих живых роботов для выполнения полезных задач. задания.

«Мы используем ИИ. «развивать» различные конструкции роботов в виртуальном мире», — сказал Блэкистон. «Компьютеру дают задачу типа «сделать робота, который может ходить по прямой», и он собирает миллионы различных комбинаций виртуальных клеток, пока это не решит проблему… Затем компьютер дает мне план, и я приступаю к работе, соединяя клетки, чтобы обеспечить жизнь версия. Так что, в каком-то смысле, я принимаю приказы от компьютера».

Ан первоначальный документ о работе, доказательство того, что живые роботы существуют и что искусственный интеллект могут спроектировать их для выполнения простых вещей», была опубликована в прошлом году. Второй документ, опубликовано недавно в Научная робототехника, показывает, что были предприняты шаги для превращения их в полезные инструменты.

Дополнительный вопрос

Традиционная биология развития фокусируется на стандартных модельных системах, таких как плодовая мушка, мышь и лягушка, и на том, как их геномы кодируют аппаратные средства, создающие определенный тип тела. Ксеноботы Левин и его коллеги-исследователи работают над тем, что он назвал Digital Trends «дополнительным вопросом». Это касается «перепрограммируемость программного обеспечения жизни» и будут ли генетически нормальные клетки склонны строить что-то, совершенно отличное от их биологический дефолт.

«Я думаю, что это начало нового подхода, в котором к стандартному набору инструментов биологов добавляется множество новых форм жизни, что позволяет им задаться вопросом, где откуда берутся планы тела, как работает сотрудничество между клетками, как реализуется клеточный коллективный разум и как мы можем стимулировать группы клеток делать все, что мы хотим». - сказал Левин. «Это не только проливает свет на взаимосвязь между геномом и анатомией — поскольку у наших ксеноботов совершенно стандартная лягушка генома, но он также делает возможным создание полезных синтетических живых машин и дает нам новую «песочницу», в которой мы можем понять правила морфогенез».

Идея биологических роботов не нова. На самом деле, возможно, он появился еще до современной концепции роботов как прочных металлических объектов. Роботы, придуманные чешским драматургом Карелом Чапека, который ввел термин «робот» в своей научно-фантастической пьесе 1920 года. Универсальные роботы Россум имеют биологическую природу. Они создаются на фабрике с использованием синтетического органического материала, что делает их более похожими на современные представления об андроидах, чем на машинах.

Другие исследователи из реальной жизни также пытались интересным образом объединить мир природы и машин. Финансируемый Европейским Союзом Программа Флора Роботика Целью проекта является «разработка и исследование тесно связанных симбиотических отношений между роботами и природными растениями, а также изучение потенциала системы робот-растение». общество способно производить архитектурные артефакты и жилые помещения». Тем временем проект, финансируемый Управлением военно-морских исследований, сосредоточен на строительстве из Армия насекомых-киборгов в рюкзаках саранчи для выполнения таких задач, как обнаружение бомб. В Чжэцзянском университете в Китае исследователи создали установку, позволяющую людям управлять разумом движениями крыс с помощью технологии, называемой интерфейсом мозг-мозг. В прошлом году исследователи из Стэнфордского университета внедрили маломощная микроэлектроника в живых медузах с целью улучшения их естественной тяги. И так далее.

Новый биологический организм

Разница между этими проектами и ксеноботами заключается в том, что последние не просто используют технические компоненты для увеличения способностей биологического организма; он создает совершенно новый биологический организм, которым можно — или, по крайней мере, можно — управлять, как полностью искусственным роботом.

«Ксеноботы, созданные искусственным интеллектом, разрушают определения как робота, так и организма, потому что они воплощают в себе черты обоих», Джош Бонгард, профессор факультета компьютерных наук Университета Вермонта, рассказал Digital Trends. «Они похожи на роботов, потому что созданы для автономного выполнения некоторых полезных для человека функций. Но они также являются организмами в том смысле, что они являются генетически немодифицированными лягушками, просто принявшими совершенно другие формы и функции».

Ксеноботы, как обещают их создатели, вероятно, найдут множество различных применений, как в отдаленной, так и в ближайшей перспективе. Левин предположил, что ближайшие возможности могут включать очистку окружающей среды и зондирование, поскольку использование клеток амфибий, используемых жить в воде комнатной температуры, которая биоразлагается примерно за неделю, может сделать их идеально подходящими для этих целей. сценарии. Боты могут усваивать опасные химические вещества и улавливать крошечные количества загрязняющих веществ. У них даже есть базовые, на данный момент примитивные способы записи впечатлений от окружающей среды — светящиеся красным и меняющие форму при воздействии определенных условий.

«Что касается окружающей среды, их можно использовать для биообнаружения и биовосстановления», — сказал Блэкистон. «Мы могли бы запрограммировать живых роботов на обнаружение загрязняющих веществ и, будем надеяться, на их поиск и уничтожение. Как только они завершат свою работу, они [могут] безвредно разлагаться в окружающей среде, [не оставляя] никаких искусственных отходов».

Долгосрочное видение сосредоточено на регенеративной медицине. «Почти все проблемы биомедицины — травматические повреждения, старение, рак, врожденные дефекты — могут быть решены. потерпим поражение, если бы мы знали, как мотивировать клеточные коллективы строить любые сложные органы, которые мы хотим», — сказал Левин.

Исследователи предполагают, что можно будет создавать ботов из разных типов клеток для разных вариантов использования. «Можно представить, что подобную систему можно использовать для доставки лекарств пациенту или для помощи в процессе восстановления после травмы», — сказал Блэкистон. «Если это будет сделано из собственных стволовых клеток пациента, это позволит нам создавать биосовместимых роботов, которые естественным образом очищаются от пациента после завершения своей работы».

Решение проблем

Прежде чем этот этап будет достигнут, предстоит еще много работы. Одна из проблем заключается в том, как лучше всего управлять ботами. «[Эта проблема] пока остается полной загадкой», — сказал Бонгард. «Мы работаем над этим и надеемся, что в не столь отдаленном будущем нас ждут новые сюрпризы».

Блэкистон сказал, что одна из концепций предполагает программирование ботов с врожденным биологическим поведением, которое потенциально может развиваться по мере их старения. Другими словами, ксеноботы могли «родиться» с одной целью, а по мере взросления переключиться на другую.

Еще одним препятствием является ускорение производства ботов. В настоящее время ксеноботов приходится создавать вручную, и этот процесс, как отметил Блэкистон, «требует много времени под микроскопом и тщательного контроля моторики». Исследователи ищут способы адаптации 3D-биопринтеров для автоматизации всего процесса, в результате чего появится своего рода конвейерная линия по производству живых роботов.

Одно можно сказать наверняка: со временем мы, вероятно, услышим гораздо больше о ксеноботах. Слово «ксено» в их названии, возможно, останется, но в ближайшие годы они, вероятно, станут намного более знакомы миру.

Рекомендации редакции

• Познакомьтесь с революционным роботом-качером, который может идеально имитировать любой бросок человека.
• Встречайте Digit: робот со страусиными ногами, который однажды сможет доставлять вам посылки
• Встречайте Ghost Robotics, Бостонскую динамику боевых ботов
• Взлом фотосинтеза: могут ли искусственные листья стать движущей силой будущего?
• Встречайте робота, помогающего врачам лечить пациентов с коронавирусом