Xenobots: หุ่นยนต์ชีวภาพมีชีวิตที่ทำงานเป็นฝูง

ในปี 2020 สิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ได้มาถึงโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันมาถึงห้องแล็บ — Levin Laboratory ที่ Tufts University ในรัฐแมสซาชูเซตส์ เมื่อเผ่าพันธุ์มนุษย์ต่างดาวดำเนินไป คนเหล่านี้ไม่ใช่มนุษย์ตัวเขียวตัวเล็ก ๆ หรือความคิดโบราณในนิยายวิทยาศาสตร์อื่น ๆ พวกมันดูเหมือนจุดทรายละเอียดสีดำเล็กๆ ที่เคลื่อนตัวช้าๆ ไปรอบๆ ในจานเพาะเชื้อ และแม้ว่าพวกมันจะไม่ใช่มนุษย์ต่างดาวในคำจำกัดความจากนอกโลก แต่พวกมันก็รู้สึกว่าพวกมันแปลกอย่างแน่นอน สิ่งที่เรียกว่า "ซีโนบอท" เหล่านี้เป็นหุ่นยนต์ชีวภาพที่มีชีวิตซึ่งอาจส่งสัญญาณถึงอนาคตของหุ่นยนต์อย่างที่เรารู้กันดี

“สิ่งเหล่านี้ไม่สอดคล้องกับคำจำกัดความดั้งเดิมของสิ่งมีชีวิตเพราะมันไม่สามารถสืบพันธุ์ได้ แม้ว่าจากมุมมองด้านความปลอดภัยแล้ว สิ่งนี้ [เป็น] คุณลักษณะและไม่ใช่ข้อบกพร่อง” ดักลาส แบล็คอิสตันนักวิทยาศาสตร์อาวุโสใน Allen Discovery Center ที่ Tufts University บอกกับ Digital Trends “พวกมันสามารถจัดได้ว่าเป็น 'สิ่งมีชีวิตที่ไม่สมบูรณ์' อย่างไรก็ตาม ฉันคิดว่าพวกมันมีคุณสมบัติเป็นหุ่นยนต์ แม้ว่าพวกมันยังมีชีวิตอยู่ แต่พวกมันถูกสร้างขึ้นจากพื้นดินขึ้นมาเพื่อจุดประสงค์เฉพาะ สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่สิ่งที่เคยมีหรือสามารถดำรงอยู่ในธรรมชาติได้ มันเป็นสิ่งก่อสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้น”

ฝูงหุ่นยนต์ที่มีชีวิต

มาสำรองข้อมูลกันเถอะ เมื่อปีที่แล้ว นักวิจัยจาก Tufts ได้สร้างหุ่นยนต์ตัวเล็กที่ยังมีชีวิตอยู่และขับเคลื่อนด้วยตนเองตัวแรกของโลก ซีโนบอทเหล่านี้ได้รับการออกแบบให้ทำงานเป็นฝูง: เดิน ว่ายน้ำ ผลักเม็ด บรรทุกน้ำหนักบรรทุก และทำงานร่วมกันเพื่อ "รวมกลุ่ม" เศษซากที่กระจัดกระจายไปตามพื้นผิวจานกลายเป็นกองเรียบร้อย” พวกมันสามารถมีชีวิตอยู่ได้หลายสัปดาห์โดยไม่มีอาหารและสามารถรักษาตัวเองได้หลังจากนั้น บาดแผล โอ้ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากเศษกบ ซึ่งได้รับการปรับแต่งใหม่โดยเอไอ

ในการสร้างซีโนบอท นักวิจัยของทัฟส์ได้นำเซลล์ผิวหนังจากตัวอ่อนกบสด (กบชนิดนี้เรียกว่า ซีโนปัส ลาวิส) และสนับสนุนให้พวกเขา "รีบูตระบบหลายเซลล์" ในสภาพแวดล้อมใหม่ เซลล์ผิวหนังเหล่านี้เป็นอิสระจากเอ็มบริโอที่เหลือและก่อตัวขึ้นจากอะไร ไมเคิล เลวินนักวิทยาศาสตร์ผู้ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตาม Levin Lab เรียกว่า "สิ่งมีชีวิตต้นแบบ" พร้อมด้วยโครงสร้างและพฤติกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ของ Tufts กำลังสร้างสิ่งมีชีวิตซีโนบอตทางกายภาพ นักวิจัยที่ทำงานคู่ขนานกันที่มหาวิทยาลัย เวอร์มอนต์ใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในการจำลองเพื่อพยายามค้นหาวิธีประกอบหุ่นยนต์ที่มีชีวิตเหล่านี้เพื่อให้ทำงานได้มีประโยชน์ งาน

“เราใช้เอ.ไอ. เพื่อ 'พัฒนา' การออกแบบหุ่นยนต์ที่แตกต่างกันในโลกเสมือนจริง” แบล็กสตันกล่าว “คอมพิวเตอร์ได้รับมอบหมายงาน เช่น 'สร้างหุ่นยนต์ที่สามารถเดินเป็นเส้นตรงได้' และคอมพิวเตอร์ได้รวบรวมชุดค่าผสมที่แตกต่างกันหลายล้านชุดของ เซลล์เสมือนจนแก้ปัญหาได้…คอมพิวเตอร์ก็ให้พิมพ์เขียวมาให้ฉันและฉันก็ทำงานเชื่อมต่อเซลล์เพื่อสร้างสิ่งมีชีวิต รุ่น ในทางหนึ่ง ฉันกำลังรับคำสั่งจากคอมพิวเตอร์”

หนึ่ง เอกสารเบื้องต้นเกี่ยวกับงานซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ถึงหลักการที่ว่าหุ่นยนต์ที่มีชีวิตมีอยู่จริง และ A.I. สามารถออกแบบให้ทำสิ่งที่เรียบง่ายได้เผยแพร่เมื่อปีที่แล้ว กระดาษแผ่นที่สอง เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ใน วิทยาการหุ่นยนต์แสดงให้เห็นว่ามีการดำเนินการตามขั้นตอนเพื่อทำให้สิ่งเหล่านี้เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์

คำถามเสริม

ชีววิทยาพัฒนาการแบบดั้งเดิมมุ่งเน้นไปที่ระบบแบบจำลองมาตรฐาน เช่น แมลงวันผลไม้ หนู และกบ และวิธีที่จีโนมของพวกมันเข้ารหัสฮาร์ดแวร์ที่สร้างร่างกายบางประเภท เลวิน xenobots และเพื่อนนักวิจัยของเขากำลังทำงานในสิ่งที่เขาบอกกับ Digital Trends ว่าเป็น "คำถามเสริม" เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับ “ความสามารถในการตั้งโปรแกรมใหม่ของซอฟต์แวร์แห่งชีวิต” และไม่ว่าเซลล์ปกติทางพันธุกรรมจะถูกล่อลวงให้สร้างสิ่งที่ค่อนข้างแตกต่างจากพวกมันหรือไม่ ค่าเริ่มต้นทางชีวภาพ

“ฉันคิดว่านี่เป็นจุดเริ่มต้นของแนวทางใหม่ซึ่งมีการเพิ่มรูปแบบชีวิตแปลกใหม่จำนวนมากมายเข้าไปในชุดเครื่องมือมาตรฐานของนักชีววิทยาที่ช่วยให้พวกเขาสามารถถามได้ว่าอยู่ที่ไหน แผนร่างกายมาจากวิธีการทำงานร่วมกันระหว่างเซลล์ วิธีการทำงานของสมองส่วนรวมของเซลล์ และวิธีที่เราสามารถกระตุ้นกลุ่มเซลล์ให้ทำสิ่งที่เราต้องการได้” เลวินกล่าวว่า “สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างจีโนมและกายวิภาคศาสตร์เท่านั้น เนื่องจากซีโนบอทของเรามีกบมาตรฐานโดยสิ้นเชิง จีโนม — แต่ยังช่วยให้เครื่องจักรมีชีวิตสังเคราะห์ที่มีประโยชน์ และให้แซนด์บ็อกซ์ใหม่แก่เราในการทำความเข้าใจกฎเกณฑ์ของ การเกิดสัณฐานวิทยา”

แนวคิดเรื่องหุ่นยนต์ชีวภาพไม่ใช่เรื่องใหม่ ในความเป็นจริง อาจมีมาก่อนแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับหุ่นยนต์ที่มีลักษณะเป็นโลหะซึ่งมีความทนทานเป็นส่วนใหญ่ หุ่นยนต์เหล่านี้จินตนาการโดยนักเขียนบทละครชาวเช็ก คาเรล ชาเปก ผู้สร้างคำว่า "หุ่นยนต์" ในละครแนววิทยาศาสตร์ของเขาในปี 1920 หุ่นยนต์สากลของ Rossum เป็นธรรมชาติทางชีววิทยา พวกมันถูกสร้างขึ้นในโรงงานโดยใช้วัสดุอินทรีย์สังเคราะห์ ทำให้พวกมันคล้ายกับแนวคิดสมัยใหม่ของหุ่นยนต์มากกว่าเครื่องจักร

นักวิจัยในชีวิตจริงคนอื่นๆ ยังได้พยายามผสมผสานโลกธรรมชาติและโลกของเครื่องจักรเข้าด้วยกันด้วยวิธีที่น่าสนใจ สหภาพยุโรปได้รับทุนสนับสนุน โปรแกรมฟลอร่าโรโบติกา มีวัตถุประสงค์เพื่อ "พัฒนาและตรวจสอบความสัมพันธ์ทางชีวภาพที่เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดระหว่างหุ่นยนต์กับพืชธรรมชาติ และเพื่อสำรวจศักยภาพของหุ่นยนต์พืช สังคมสามารถผลิตศิลปวัตถุทางสถาปัตยกรรมและพื้นที่อยู่อาศัยได้” โครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจากสำนักงานวิจัยกองทัพเรือมุ่งเน้นไปที่การก่อสร้าง ของ กองทัพแมลงของตั๊กแตนไซบอร์กสวมกระเป๋าเป้สะพายหลัง เพื่อดำเนินงานต่างๆ เช่น การตรวจจับระเบิด ที่มหาวิทยาลัยเจ้อเจียง ในประเทศจีน นักวิจัยได้สร้างการตั้งค่าที่ช่วยให้มนุษย์สามารถทำได้ ควบคุมการเคลื่อนไหวของหนู โดยใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่าส่วนต่อประสานระหว่างสมองและสมอง เมื่อปีที่แล้ว นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้ฝังตัว ไมโครอิเล็กทรอนิกส์พลังงานต่ำในแมงกะพรุนที่มีชีวิต โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มแรงขับตามธรรมชาติ และอื่นๆ

สิ่งมีชีวิตทางชีวภาพชนิดใหม่

ความแตกต่างระหว่างโปรเจ็กต์เหล่านี้กับซีโนบอทก็คือโปรเจ็กต์หลังไม่ได้ใช้ส่วนประกอบทางเทคโนโลยีเพื่อเพิ่มความสามารถของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาเท่านั้น มันสร้างสิ่งมีชีวิตทางชีวภาพใหม่ทั้งหมดที่สามารถหรืออย่างน้อยก็จะถูกควบคุมเหมือนหุ่นยนต์เทียมทั้งหมด

“ซีโนบอทที่ออกแบบโดย A.I. ระเบิดคำจำกัดความของทั้งหุ่นยนต์และสิ่งมีชีวิตเพราะมันรวบรวมลักษณะของทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน” จอช บองการ์ดศาสตราจารย์ในภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยเวอร์มอนต์บอกกับ Digital Trends “พวกมันเป็นเหมือนหุ่นยนต์เพราะมันถูกออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่บางอย่างที่เป็นประโยชน์สำหรับมนุษย์โดยอัตโนมัติ แต่พวกมันก็เป็นสิ่งมีชีวิตในแง่ที่ว่าพวกมันเป็นกบที่ไม่มีการดัดแปลงพันธุกรรม เพียงแค่ถูกผลักให้อยู่ในรูปแบบและการทำงานที่แตกต่างกันมาก”

ผู้สร้าง Xenobots สัญญาว่ามีแนวโน้มที่จะมีแอปพลิเคชั่นที่แตกต่างกันมากมาย ทั้งในระยะสั้นและใกล้ Levin แนะนำว่าความเป็นไปได้ในระยะสั้นอาจรวมถึงการล้างข้อมูลและการตรวจจับสิ่งแวดล้อม เนื่องจากมีการใช้เซลล์สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ การอาศัยอยู่ในน้ำอุณหภูมิภายนอกซึ่งสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพภายในเวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์ อาจทำให้น้ำเหล่านี้เหมาะสมกับสิ่งเหล่านี้ได้อย่างสมบูรณ์แบบ สถานการณ์ บอทสามารถเผาผลาญสารเคมีอันตรายและรับรู้มลพิษจำนวนเล็กน้อย พวกเขายังมีวิธีพื้นฐานในการบันทึกประสบการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมโดยเรืองแสงสีแดงและเปลี่ยนรูปร่างเมื่อสัมผัสกับสภาวะบางอย่าง

“ในด้านสิ่งแวดล้อม สิ่งเหล่านี้สามารถนำไปใช้ในการตรวจจับทางชีวภาพและการบำบัดทางชีวภาพได้” แบล็กสตันกล่าว “เราสามารถตั้งโปรแกรมให้หุ่นยนต์ที่มีชีวิตรับรู้ถึงมลพิษ และหวังว่าจะค้นหาพวกมันและทำลายพวกมัน เมื่อพวกเขาเสร็จงาน พวกเขา [สามารถ] สลายตัวในสิ่งแวดล้อมอย่างไม่เป็นอันตราย [โดยไม่ทิ้ง] ขยะเทียมไว้ข้างหลัง”

วิสัยทัศน์ระยะยาวมุ่งเน้นไปที่เวชศาสตร์ฟื้นฟู “ปัญหาเกือบทั้งหมดของชีวเวชศาสตร์ — การบาดเจ็บที่กระทบกระเทือนจิตใจ, ความชราภาพ, มะเร็ง, ความพิการแต่กำเนิด อาจเป็นได้ จะพ่ายแพ้หากเรารู้วิธีกระตุ้นให้กลุ่มเซลล์สร้างอวัยวะที่ซับซ้อนตามที่เราต้องการ” กล่าว เลวิน.

นักวิจัยคาดการณ์ว่าจะสามารถสร้างบอทจากเซลล์ประเภทต่างๆ สำหรับกรณีการใช้งานที่แตกต่างกันได้ “คุณคงจินตนาการถึงการใช้ระบบที่คล้ายกันเพื่อส่งยาให้ผู้ป่วยที่เป็นมนุษย์ หรือช่วยในกระบวนการซ่อมแซมหลังจากได้รับบาดเจ็บ” แบล็กสตันกล่าว “หากทำจากสเต็มเซลล์ของผู้ป่วยเอง มันจะช่วยให้เราสร้างหุ่นยนต์ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ ซึ่งจะถูกกำจัดออกจากผู้ป่วยตามธรรมชาติหลังจากเสร็จสิ้นงาน”

การแก้ปัญหาความท้าทาย

ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำก่อนที่จะถึงขั้นนี้ ความท้าทายประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับวิธีที่ดีที่สุดในการควบคุมบอท “ตอนนี้ [ปัญหานี้] ยังคงเป็นปริศนาที่สมบูรณ์” บองการ์ดกล่าว “เรากำลังดำเนินการเรื่องนี้อยู่ และเราหวังว่าจะมีเรื่องประหลาดใจใหม่ๆ ที่จะรายงานในอนาคตอันใกล้นี้”

Blackiston กล่าวว่าแนวคิดหนึ่งเกี่ยวข้องกับการเขียนโปรแกรมบอทด้วยพฤติกรรมทางชีววิทยาโดยธรรมชาติ ซึ่งอาจพัฒนาได้เมื่ออายุมากขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง xenobots สามารถ "เกิด" โดยมีวัตถุประสงค์เดียว แล้วจึงเปลี่ยนไปใช้อีกวัตถุประสงค์หนึ่งเมื่อโตขึ้น

อุปสรรคอีกประการหนึ่งคือการเร่งการผลิตบอท ปัจจุบันซีโนบอทต้องถูกสร้างขึ้นด้วยมือ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ Blackiston ตั้งข้อสังเกตว่า “ต้องใช้เวลามากภายใต้กล้องจุลทรรศน์และการควบคุมมอเตอร์อย่างละเอียดอย่างมาก” นักวิจัยกำลังมองหาวิธีการปรับใช้เครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติเพื่อทำให้กระบวนการทั้งหมดเป็นแบบอัตโนมัติ ส่งผลให้เกิดสายการผลิตสายพานลำเลียงสำหรับหุ่นยนต์ที่มีชีวิต

สิ่งหนึ่งที่แน่นอน: เราน่าจะได้ยินมากขึ้นเกี่ยวกับ xenobots เมื่อเวลาผ่านไป “ซีโน” ในชื่อของพวกเขาอาจยังคงอยู่ แต่สิ่งเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะกลายเป็นที่รู้จักไปทั่วโลกมากขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• พบกับหุ่นยนต์ขว้างที่พลิกเกมได้ซึ่งสามารถเลียนแบบการขว้างของมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์แบบ
• Meet Digit: หุ่นยนต์ขานกกระจอกเทศที่วันหนึ่งอาจส่งพัสดุถึงคุณ
• พบกับ Ghost Robotics ซึ่งเป็น Boston Dynamics ของบอทต่อสู้
• การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบแฮ็ก: ใบไม้เทียมสามารถเติมพลังให้กับอนาคตได้หรือไม่?
• พบกับหุ่นยนต์ช่วยแพทย์รักษาผู้ป่วยไวรัสโคโรนา