Ksenoboti: živi, ​​biološki roboti, ki delajo v rojih

Leta 2020 je na Zemljo prispela nova oblika življenja. Natančneje, prispel je v laboratorij - Levin Laboratory na Univerzi Tufts v Massachusettsu. Kar zadeva tujerodne vrste, to niso bili mali zeleni možici ali kateri koli drug znanstvenofantastični kliše. Izgledali so bolj kot drobne črne pike drobnega peska, ki se počasi premikajo v petrijevki. In čeprav niso tujci v nezemeljski definiciji, zagotovo so v smislu, da so čudni. Ti tako imenovani "ksenoboti" so živi, ​​biološki avtomati, ki morda samo nakazujejo prihodnost robotike, kot jo poznamo.

"Ti ne ustrezajo klasični definiciji organizma, ker se ne morejo razmnoževati - čeprav je z vidika varnosti to [je] lastnost in ne napaka," Douglas Blackiston, višji znanstvenik v centru Allen Discovery na univerzi Tufts, je povedal za Digital Trends. »Lahko bi jih označili kot 'nepopolne organizme'. Vendar mislim, da so kvalificirani kot roboti. Čeprav živijo, so od temelja zgrajeni za določen namen. To ni nekaj, kar je kdaj ali bi lahko obstajalo v naravi - to je konstrukcija, ki jo je ustvaril človek.

Roji živih robotov

Pojdimo nazaj. Lansko leto so raziskovalci pri Tuftsu ustvarili prve majhne žive robote na lasten pogon na svetu. Ti ksenoboti so bili zasnovani tako, da delujejo v roju: hodijo, plavajo, potiskajo kroglice, prenašajo tovor in sodelujejo pri »združevanju«. ostanki raztreseni po površini njihove posode v čedne kupčke.« Lahko preživijo več tednov brez hrane in se nato pozdravijo raztrganine. Oh, in narejene so iz koščkov žabe, ki jih je preoblikoval AI.

Da bi ustvarili ksenobote, so raziskovalci Tuftsa vzeli kožne celice svežih žabjih zarodkov (vrsta žab se imenuje Xenopus laevis) in jih spodbudil k »ponovnemu zagonu svoje večceličnosti« v novem okolju. Osvobojene preostalih zarodkov, so te kožne celice tvorile tisto, kar Michael Levin, znanstvenik, po katerem je Levin Lab dobil ime, imenuje "proto-bitje", skupaj s svojo edinstveno strukturo in vedenjem.

Ko so Tuftsovi znanstveniki ustvarjali fizične ksenobotske organizme, so raziskovalci, ki so vzporedno delali na Univerzi v Vermont je uporabil superračunalnik za izvajanje simulacij, da bi poskusil najti načine za sestavljanje teh živih robotov, da bi lahko delovali koristno. naloge.

»Uporabljamo A.I. "razviti" različne modele robotov v virtualnem svetu," je dejal Blackiston. »Računalnik dobi nalogo, na primer 'naredi robota, ki bo lahko hodil po ravni črti', in sestavi na milijone različnih kombinacij navideznih celic, dokler ne reši težave... Računalnik mi nato da načrt in lotim se dela povezovanja celic, da lahko preživim različica. Torej na nek način sprejemam ukaze iz računalnika.«

An začetni prispevek o delu, dokaz načela, da živi roboti obstajajo in da A.I. jih lahko oblikuje za preproste stvari, je bil objavljen lani. Drugi papir, objavljeno pred kratkim v Znanstvena robotika, kaže, da so bili narejeni koraki za njihovo pretvorbo v uporabna orodja.

Komplementarno vprašanje

Tradicionalna razvojna biologija se je osredotočila na standardne sisteme modelov, kot so vinska mušica, miška in žaba, in na to, kako njihovi genomi kodirajo strojno opremo, ki ustvarja določeno vrsto telesa. Ksenoboti Levin in njegovi kolegi raziskovalci delajo na tem, kar je za Digital Trends povedal kot "dopolnilno vprašanje". To zadeva »ponovno programiranje programske opreme življenja« in ali so genetsko normalne celice zavabljene, da zgradijo nekaj, kar je precej drugačno od njihovih biološki privzetek.

»Mislim, da je to začetek novega pristopa, v katerem je standardnemu kompletu orodij biologov dodanih nešteto novih življenjskih oblik, ki jim omogočajo, da se vprašajo, kje izhajajo načrti telesa, kako deluje sodelovanje med celicami, kako se izvaja celična kolektivna inteligenca in kako lahko spodbudimo celične skupine, da naredijo, kar hočemo,« je rekel Levin. »To ne osvetljuje le razmerja med genomom in anatomijo – saj imajo naši ksenoboti povsem standardno žabo genoma – vendar omogoča tudi uporabne sintetične žive stroje in nam daje nov peskovnik, v katerem lahko razumemo pravila morfogeneza."

Zamisel o bioloških robotih ni nova. Pravzaprav je verjetno pred modernim pojmovanjem robotov kot pretežno robustnih, kovinskih entitet. Roboti, ki si jih je zamislil češki dramatik Karel Čapek, ki je skoval izraz "robot", v svoji znanstvenofantastični drami iz leta 1920 Rossumovi univerzalni roboti so biološke narave. Ustvarjeni so v tovarni iz sintetičnega organskega materiala, zaradi česar so bolj podobni sodobni ideji androidov kot strojem.

Tudi drugi raziskovalci iz resničnega življenja so skušali na zanimive načine združiti naravni in strojni svet. Financira Evropska unija Program Flora Robotica Cilj je "razviti in raziskati tesno povezane simbiotske odnose med roboti in naravnimi rastlinami ter raziskati potencial rastlinskega robota družba sposobna proizvajati arhitekturne artefakte in življenjske prostore.« Projekt, ki ga financira Urad za pomorske raziskave, se medtem osredotoča na gradnjo od an vojska žuželk kiborgov kobilic v nahrbtnikih za izvajanje nalog, kot je odkrivanje bomb. Na univerzi Zhejiang na Kitajskem so raziskovalci ustvarili postavitev, ki ljudem omogoča nadzor uma nad gibanjem podgan s pomočjo tehnologije, imenovane vmesnik možgani-možgani. Lani so raziskovalci na univerzi Stanford vgradili mikroelektronika nizke moči v živih meduzah s ciljem povečati njihov naravni pogon. In tako naprej.

Nov biološki organizem

Razlika med temi projekti in ksenoboti je v tem, da slednji ne uporabljajo zgolj tehnoloških komponent za povečanje sposobnosti biološkega organizma; ustvari povsem nov biološki organizem, ki ga je mogoče – ali vsaj bo – nadzorovati kot povsem umetnega robota.

"Ksenoboti, zasnovani z umetno inteligenco, razširijo definicije tako robota kot organizma, ker utelešajo lastnosti obeh," Josh Bongard, profesor na oddelku za računalništvo Univerze v Vermontu, je povedal za Digital Trends. »So kot roboti, ker so zasnovani tako, da samostojno opravljajo neko koristno funkcijo za ljudi. So pa tudi organizmi v smislu, da so gensko nespremenjene žabe, samo potisnjene v zelo različne oblike in funkcije.«

Xenoboti, obljubljajo njihovi ustvarjalci, bodo verjetno imeli številne različne aplikacije, tako dolgoročne kot kratkoročne. Levin je predlagal, da bi kratkoročne možnosti lahko vključevale čiščenje okolja in zaznavanje, saj je uporaba uporabljenih celic dvoživk bivanja v vodi z zunanjo temperaturo, ki so biološko razgradljive v približno enem tednu, bi lahko bile popolnoma primerne za te scenariji. Boti lahko presnavljajo nevarne kemikalije in zaznavajo majhne količine onesnaževal. Imajo celo osnovne, trenutno primitivne, načine za beleženje okoljskih izkušenj - tako da žarijo rdeče in spreminjajo obliko, ko so izpostavljeni določenim pogojem.

"Na okoljski strani bi jih lahko uporabili za biološko odkrivanje in bioremediacijo," je dejal Blackiston. »Žive robote bi lahko programirali, da zaznavajo onesnaževala in upajmo, da jih poiščejo in uničijo. Ko končajo svoje delo, se [lahko] neškodljivo razgradijo v okolju, [ne da bi za seboj pustili] kakršne koli umetne odpadke.«

Dolgoročnejša vizija je usmerjena v regenerativno medicino. »Skoraj vse težave biomedicine – travmatske poškodbe, staranje, rak, prirojene napake – bi lahko bile poraženi, če bi vedeli, kako motivirati celične kolektive, da zgradijo kakršne koli kompleksne organe, ki jih želimo,« je dejal Levin.

Raziskovalci špekulirajo, da bo mogoče zgraditi robote iz različnih tipov celic za različne primere uporabe. "Lahko bi si predstavljali, da bi uporabili podoben sistem za dostavo zdravil pri človeškem pacientu ali za pomoč pri procesu popravila po poškodbi," je dejal Blackiston. "Če bi bili narejeni iz pacientovih lastnih izvornih celic, bi nam to omogočilo izdelavo biokompatibilnih robotov, ki se naravno odstranijo iz pacienta, ko končajo svoje delo."

Reševanje izzivov

Preden dosežemo to stopnjo, je treba opraviti še veliko dela. Eden od izzivov je, kako najbolje nadzorovati bote. "[Ta problem] zaenkrat ostaja popolna skrivnost," je dejal Bongard. "Delamo na tem in upamo, da bomo v ne tako oddaljeni prihodnosti imeli nova presenečenja, o katerih bomo poročali."

Blackiston je dejal, da en koncept vključuje programiranje botov s prirojenim biološkim vedenjem, ki bi se lahko razvilo, ko se starajo. Z drugimi besedami, ksenoboti bi se lahko "rodili" z enim namenom in nato, ko bi postali starejši, prešli na drugega.

Druga ovira vključuje pospešitev proizvodnje botov. Trenutno je treba ksenobote izdelati ročno, proces, ki, kot je opozoril Blackiston, "zahteva veliko časa pod mikroskopom in veliko finega motoričnega nadzora." Raziskovalci iščejo načine za prilagoditev 3D biotiskalnikov za avtomatizacijo celotnega procesa, kar bo povzročilo nekakšno proizvodno linijo s tekočim trakom za žive robote.

Nekaj ​​je gotovo: verjetno bomo sčasoma slišali veliko več o ksenobotih. "Xeno" v njihovem imenu bi lahko ostal, vendar bodo ti v prihodnjih letih verjetno postali veliko bolj poznani svetu.

Priporočila urednikov

• Spoznajte robota za metanje, ki spreminja igro in lahko popolnoma posnema vsak človeški met
• Spoznajte Digita: robota z nojevimi nogami, ki vam bo nekega dne morda dostavil pakete
• Spoznajte Ghost Robotics, bojne bote Boston Dynamics
• Vdiranje v fotosintezo: Ali bi lahko umetni listi spodbudili prihodnost?
• Spoznajte robota, ki zdravnikom pomaga pri zdravljenju bolnikov s koronavirusom