Binubuo ng mga Siyentista ang Susunod na Henerasyon ng Mga Buhay na Robots

Ang Xenobots ay nagpapakita ng isang gawaing kooperatiba, kung saan nagtutulungan sila upang mangolekta ng maraming dami ng maliliit na mga particle. Kredito: Doug Blackiston, Tufts University

Ang mga hindi nabubuhay na organismo ay maaaring ilipat ang buong mga bagay at maitala ang impormasyon.

Noong nakaraang taon, isang pangkat ng mga biologist at computer scientist mula sa Tufts University at University of Vermont (UVM) ang gumawa ng isang nobela, maliit na therapeutic device mula sa mga cell ng palaka na tinatawag na “Xenobots” na maaaring paikutin, siksikin ang pagkarga, at ipakita ang pag-uugali ng pagkakaisa sa harap ng isang karamihan ng tao. Xenobots.

Maghanda para sa Xenobots 2.0.

Ang parehong pangkat ay lumikha ngayon ng mga form ng buhay na nagbibigay ng synthesize ng mga cell ng katawan mula sa isang solong cell, hindi nangangailangan ng mga cell ng kalamnan upang ilipat, at ipakita ang naitala na kakayahan sa memorya. Ang Xenobots ng bagong henerasyon ay napakabilis din, gumagala sa iba’t ibang mga lugar, at may mas mahaba ang haba ng buhay kaysa sa una, at may kakayahan pa ring magtrabaho sa mga pangkat at mabuhay kung sila ay nasugatan. Ang mga resulta ng bagong pag-aaral ay na-publish sa Mga Robot sa Agham.

Kung ikukumpara sa Xenobots 1.0, kung saan ang mga automatons ay sinusukat sa millimeter na “built-in” sa anyo ng personal na tisyu at operasyon na isinagawa sa balat ng palaka at mga cell ng puso upang makabuo ng paggalaw, ang susunod na bersyon ng Xenobots ay tumatagal ng isang “ilalim up” na diskarte. Ang mga biologist sa Tufts ay kumuha ng mga stem cell mula sa larvae ng African frog na Xenopus laevis (samakatuwid ang pangalang “Xenobots”) ay pinapayagan silang mag-synthesize at lumaki sa mga spheroids, habang ang iba pang mga cell ilang araw makalipas na nahati upang makabuo ng cilia – mas maliit na mga ispesimenong katulad at buhok na pabalik-balik o umiikot sa isang tiyak na paraan. Sa halip na gumamit ng mga cell na puso na kinatay ng kamay na may natural na ritmo na nagpapahintulot sa unang Xenobots na gumala, ang cilia ay nagbibigay ng “mga binti” ng spheroidal bots upang mabilis na kumilos sa ibabaw ng mukha. Sa isang palaka, o isang tao na may bagay na iyon, ang cilia ay karaniwang matatagpuan sa mga masakit na lugar, tulad ng baga, upang makatulong na alisin ang mga mikrobyo at iba pang mga banyagang sangkap. Para sa Xenobots, muling idisenyo ang mga ito upang makapagbigay ng mas mabilis na pagtubo.

“Nakikita natin ang mga alahas ng cellular, na bumubuo ng isang bagong pangunahing ‘katawan’ na ganap na naiiba mula sa sarili nito – sa kasong ito, ang palaka – kahit na mayroon itong genetis na predisposisyon,” sabi ni Michael Levin, Senior Professor ng Biology at direktor ng Allen Discovery Center sa Tufts University, at kapwa may-akda ng pag-aaral. “Sa mga embryo, ang mga cell ay nagtutulungan upang makabuo ng mga tadpoles. Dito, inalis mula sa kontekstong iyon, nakikita natin na ang mga cell ay maaaring maitaguyod muli ang mga layunin ng kanilang genetically engineered hardware, tulad ng cilia, na may mga bagong pag-andar tulad ng lokomotion. Nakakagulat, ang mga cell ay maaaring awtomatikong gumanap ng mga bagong tungkulin at bumuo ng mga bagong sistema ng katawan at pag-uugali nang walang maraming oras upang bumuo. “

“Sa ilang mga paraan, ang Xenobots ay hugis tulad ng isang tradisyonal na robot. Gumagamit lamang kami ng mga cell at tisyu kaysa sa mga materyales na gawa ng tao upang lumikha ng hugis at mabuo ang character na maaaring asahan. “Sinasabi ng nakatatandang siyentista na si Doug Blackiston, na unang sumulat ng eksperto sa pag-aaral at pagsasaliksik na si Emma Lederer. “Sa pagtatapos ng biology, ang diskarte na ito ay makakatulong sa amin na maunawaan kung paano nakikipag-ugnayan ang mga cell habang magkakasama sila sa panahon ng paglaki, at kung paano namin makokontrol ang pakikipag-ugnayan na iyon.”

Habang ang mga siyentipiko ng Tufts ay lumikha ng mga nabubuhay na bagay, ang mga siyentista sa UVM ay abala sa paggamit ng mga simulation ng computer na simulate ng iba’t ibang mga senaryong Xenobots upang makita kung maaari nilang ipakita ang iba’t ibang mga pag-uugali, isa-isa at sa mga pangkat. Gumagamit ito ng koleksyon ng supercomputer ng Deep Green sa VMont Advanced Computing Core ng UVM, isang koponan, na pinangunahan ng computer scientist at espesyalista sa robot na si Josh Bongard at sa ilalim ng daan-daang libong mga random ecosystem gamit ang evolutionary algorithm. Ang mga pamamaraang simulation na ito ay ginamit upang makilala ang mga Xenobots na magagawang magtulungan nang maramihan upang mangolekta ng maraming halaga ng mga labi sa patlang ng maliit na butil.

“Alam namin ang trabaho, ngunit hindi ito malinaw sa lahat – sa mga tao – kung ano ang dapat magmukhang isang matagumpay na disenyo. Doon dumating ang supercomputer at hinanap ang puwang para sa lahat ng mga balang Xenobot upang mahanap ang pinaka mahusay na karamihan ng tao, ”sabi ni Bongard. “Gusto namin ang Xenobots na gumawa ng isang kapaki-pakinabang na trabaho. Sa ngayon ay nag-aalok kami sa kanila ng mga simpleng gawain, ngunit sa huli ay naglalayon kami para sa isang bagong uri ng tool na pamumuhay na maaaring, halimbawa, linisin ang mga microplastics ng dagat o mga kontaminanteng lupa. “

Ito ay lumalabas na ang bagong Xenobots ay mas mabilis at mas mahusay sa mga gawain tulad ng pagkolekta ng basura kaysa sa modelo ng nakaraang taon, na nagtutulungan sa isang koleksyon ng petrol-sweeping at pagkolekta ng maraming dami ng mga iron particle na bakal. Maaari din nilang masakop ang malalaking patag na lugar, o maglakbay sa maliliit na capillary. Ipinapahiwatig din ng mga pag-aaral na ang mga simula ng silico sa hinaharap ay maaaring mapabuti ang mga karagdagang aspeto ng mga bot na nakatira na may mas kumplikadong pag-uugali. Ang isang mahalagang kadahilanan na idinagdag sa pag-unlad ng Xenobot ay ang kakayahang magtala ng data.

Ngayon na may memorya

Ang isang pangunahing tampok ng mga robot ay ang kakayahang magtala ng memorya at magamit ang impormasyong iyon upang baguhin ang pag-uugali at pag-uugali ng robot. Sa pag-iisip na iyon, pinapagana ng mga siyentipiko ng Tufts ang Xenobots na basahin / isulat upang maitala ang isang solong impormasyon, gamit ang isang protina ng isang fluorescent reporter na tinatawag na EosFP, na karaniwang light green. Gayunpaman, kapag nahantad sa ilaw sa 390nm haba ng daluyong, ang protina ay naglalabas ng isang pulang ilaw sa halip.

Ang mga cell ng palaka ng palaka ay naitatanim sa pamamagitan ng isang messenger RNA coding ng EosFP protein code bago gamitin ang mga stem cell upang lumikha ng Xenobots. Ang mga Mature Xenobots ay mayroon nang built-in na fluorescent switch na maaaring magtala ng asul na pagkakalantad ng ilaw sa paligid ng 390nm.

Sinubukan ng mga mananaliksik ang pagganap ng memorya sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa 10 Xenobots na lumangoy sa paligid ng isang solong mapagkukunan ng ilaw na may 390nm light beam. Makalipas ang dalawang oras, natuklasan nila na tatlong bot ang naglabas ng pulang ilaw. Ang iba pa ay mananatiling berde sa kauna-unahang pagkakataon, matagumpay na naitala ang “karanasan sa paglalakbay” ng mga bot.

Ang katibayan na ito ng isang cellular memory system ay maaaring idagdag sa hinaharap upang makita at maitala hindi lamang ang ilaw kundi pati na rin ang pagkakaroon ng radiation, kontaminasyong kemikal, mga gamot, o sakit. Maaaring payagan ang karagdagang engineering sa trabaho sa memorya para sa pagrekord ng maraming bagay (higit pang mga detalye) o payagan ang mga bot na palabasin ang mga kemikal o baguhin ang pag-uugali kung saan naka-bold.

“Kung magdadala tayo ng maraming kasanayan sa mga bot, maaari nating gamitin ang mga simulation ng computer upang idisenyo ito ng mas kumplikadong pag-uugali at may kakayahang magsagawa ng pinalawig na gawain,” sabi ni Bongard. “Maaari nating idisenyo ang mga ito hindi lamang upang iulat ang sitwasyon sa kanilang lugar ngunit upang baguhin at maitama ang sitwasyon sa kanilang lugar.”

Xenobot, pagalingin mo ang iyong sarili

“Ang mga kagamitang biyolohikal na ginagamit namin ay may maraming mga bagay na nais naming gamitin sa isang araw sa mga bot – mga cell na maaaring kumilos bilang mga sensor, mga makina ng paggalaw, mga network ng computer, at mga aparato sa pagrekord,” sabi ni Levin. “Ang isang bagay na magagawa ng Xenobots at mga hinaharap na uri ng bot ay nahihirapan ang kanilang mga katapat na metal at plastik na mabuo ang kanilang system ng katawan habang lumalaki at nagkaka-edad ang mga cell, at pagkatapos ay ayusin at palitan ang mga ito kapag nasira. Ang paggaling ay isang likas na tampok ng mga nabubuhay na bagay, at napanatili ito sa Xenobot biology. “

Ang mga bagong Xenobots ay hindi kapani-paniwala therapeutic at sasakupin ang halos lahat ng isang solidong sugat na kalahati na puno ng laki sa loob ng limang minuto ng pinsala. Ang lahat ng mga nasugatan na bot ay nakapagpapagaling ng sugat, naibalik ang hugis nito at ipinagpatuloy ang normal na paggana nito.

Ang isa pang benepisyo ng biological robot, idinagdag ni Kevin, ay ang metabolismo. Hindi tulad ng mga robot na metal at plastik, ang mga cell na bumubuo ng mga nabubuhay na organismo ay maaaring tumanggap at masira ang mga kemikal at kumilos bilang maliliit na mga molekula na nagsasama at naglalabas ng mga kemikal at protina. Ang buong larangan ng sintetikong biology – na nakatuon sa pagbabagong-buhay ng mga solong-cell na mga organismo upang makabuo ng mga kapaki-pakinabang na mga molekula – ay maaari nang mailapat sa mga multicellular na organismo na ito.

Tulad ng orihinal na Xenobots, ang mga advanced bot ay maaaring mabuhay ng hanggang sampung araw sa kanilang mga embryonic na tindahan ng enerhiya at isakatuparan ang kanilang mga aktibidad nang walang karagdagang mapagkukunan ng enerhiya, ngunit maaari ring magpatuloy sa buong bilis ng maraming buwan kung nakaimbak sa “sopas” ng mga nutrisyon.

Kung ano talaga ang sinasabi ng mga siyentista

Ang isang kagiliw-giliw na paglalarawan ng mga bot ng dugo at kung ano ang maaari nating matutunan mula sa kanila ay ipinakita sa TED talk ni Michael Levin.

Sa kanyang TED Talk talk, hindi lamang ipinaliwanag ni Propesor Levin ang kamangha-manghang kakayahan ng mga maliliit na robot upang maisagawa ang mga kapaki-pakinabang na pag-andar sa kalikasan o sa paggamit ng medikal, ngunit itinuturo din kung ano ang maaaring maging pinakamahalagang benepisyo ng pananaliksik na ito – gamit ang mga bot upang maunawaan kung paano ang mga indibidwal na cell makipag-ugnay, makipag-usap, at magpakadalubhasa sa paglikha ng isang malaking katawan, tulad ng likas na likas na lumikha ng isang palaka o isang tao. Ito ay isang bagong sistema ng modelo na maaaring magbigay ng isang pundasyon para sa nagbabagong-buhay na gamot.

Ang Xenobots at ang mga kahalili ay maaari ring magbigay ng pananaw sa kung paano umunlad ang mga multicellular na organismo mula sa mga sinaunang solong cell na organismo, pati na rin ang batayan para sa pagpoproseso ng impormasyon, paggawa ng desisyon, at pag-unawa sa mga nabubuhay na bagay.

Kinikilala ang maliwanag na hinaharap ng teknolohiyang ito, itinatag ng Tufts University at ng University of Vermont ang Institute for Computer Designed Organism (ICDO), na opisyal na ilulunsad sa mga darating na buwan, na pagsamahin ang mga mapagkukunan mula sa bawat unibersidad at panlabas na mapagkukunan upang lumikha ng buhay -magpapanatili ng mga robot.

Mga Sanggunian: “Artipisyal na buhay na teknolohiya ng teknolohiya sa platform” nina Douglas Blackiston, Emma Lederer, Sam Kriegman, Simon Garnier, Joshua Bongard at Michael Levin, 31 Marso 2021, Mga Robot sa Agham.
DOI: 10.1126 / scirobotics.abf1571

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.