Ζωντανά ρομπότ που μπορούν να αυτοαναπαραχθούν δημιουργήθηκαν σε εργαστήριο των ΗΠΑ


Μια ομάδα ερευνητών στις Ηνωμένες Πολιτείες δημιούργησε ζωντανά ρομπότ από κύτταρα βατράχου που είναι σε θέση να δημιουργήσουν αντίγραφα του εαυτού τους.

Μιλήσαμε με Σαμ Κρίγμαν, ρομποτικός και μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και στο Πανεπιστήμιο Tufts, για να μάθετε περισσότερα.

Ποιο είναι το σημείο εκκίνησης στο σχεδιασμό κάτι τέτοιο;.

Αυτό το έργο ξεκίνησε ως μια συνεργασία μεταξύ αναπτυξιακών βιολόγων και ρομποτικών. Στόχος μας ήταν να μάθουμε πώς μεγαλώνουν και αναγεννώνται τα ζώα κατασκευάζοντας ρομπότ με παρόμοιες ικανότητες. Κατασκευάσαμε τα πρώτα μας ρομπότ από καουτσούκ σιλικόνης, το οποίο μπορεί να αλλάξει σχήμα και όγκο για να μιμηθεί την ανάπτυξη. Από εκεί ακολουθήσαμε απλώς τα επιστημονικά ερωτήματα που βρήκαμε ως τα πιο ενδιαφέροντα. Η περιέργειά μας μας οδήγησε στην ιδέα της κατασκευής ρομπότ από βιολογικά κύτταρα. Συγκεκριμένα, κύτταρα από τον αφρικανικό βάτραχο με νύχια, Xenopus laevis – εξ ου και το παρατσούκλι τους, xenobots.

Λοιπόν, σχεδίασατε αρχικά τα σχήματα των xenobots χρησιμοποιώντας μια προσομοίωση υπολογιστή;

Αυτό είναι σωστό, έφτιαξα μια προσομοίωση που προσπαθεί να προβλέψει πώς θα συμπεριφέρονται τα κύτταρα όταν τακτοποιηθούν σε διαφορετικές δομές. Αν κοιτάξετε μέσα στην προσομοίωση, θα δείτε ένα εικονικό πιάτο Petri που περιέχει εικονικά xenobots, το καθένα με το δικό του σχέδιο και τη μοναδική του συμπεριφορά. Εκτελούμε μια εξελικτική διαδικασία δοκιμής και λάθους μέσα στην προσομοίωση για να βρούμε καλά σχέδια xenobot.

Συχνά ο υπολογιστής έρχεται με απλές, αποτελεσματικές λύσεις που οι άνθρωποι αδυνατούν να δουν. Είναι απολύτως πιθανό τα ανθρώπινα γνωστικά όρια και οι προκαταλήψεις να μας εμποδίσουν να σχεδιάσουμε ποτέ χειροκίνητα πραγματικά χρήσιμα xenobots. Αλλά, με το λογισμικό υπολογιστή που σχεδιάζει xenobots για εμάς, ο ουρανός είναι το όριο.

Η ομάδα χρησιμοποίησε προσομοιώσεις υπολογιστή για να αναπτύξει σχήματα xenobot που αναπαράγονται πιο συχνά από απλές σφαίρες © Douglas Blackiston/Sam Kriegman

Η ομάδα χρησιμοποίησε προσομοιώσεις υπολογιστή για να αναπτύξει σχήματα xenobot που αναπαράγονται πιο συχνά από απλές σφαίρες © Douglas Blackiston/Sam Kriegman

Γιατί επιλέξατε να τα κατασκευάσετε χρησιμοποιώντας κύτταρα καρδιάς βατράχου;

Επιλέξαμε κύτταρα βατράχου γιατί αυτό είχαμε στο εργαστήριο. Αυτοί οι βάτραχοι γεννούν χιλιάδες αυγά κάθε φορά, σχεδόν κανένα από τα οποία δεν επιβιώνει στη φύση. Την επόμενη μέρα, όταν τα αυγά είναι μόλις μιας ημέρας, δανειζόμαστε λίγα για να φτιάξουμε ξενομπότ. Δεν υπάρχει τίποτα πολύ μέσα στο ωάριο σε αυτό το σημείο, είναι απλώς μια μπάλα από χυλό – βλαστοκύτταρα που δεν έχουν ακόμη πάρει τη μορφή τους. Δεν υπάρχουν νευρώνες ή αισθητήρια όργανα, επομένως πιστεύουμε ότι αυτός είναι ένας ηθικά υπεύθυνος τρόπος για να πάρουμε τα οικοδομικά μας υλικά. Κατευθύνουμε την ανάπτυξη αυτών των κυττάρων σε δύο μόνο είδη ιστού – καρδιακό μυ και δέρμα – γιατί αυτό είναι αρκετό για να δημιουργήσει πολύ απλά xenobots.

Για παράδειγμα, τα πρώτα xenobot που κατασκευάσαμε μπορούσαν να περπατήσουν χρησιμοποιώντας καρδιακά κύτταρα, τα οποία συστέλλονται και διαστέλλονται σε όγκο σαν ένα έμβολο, σπρώχνοντας το xenobot κατά μήκος του πάτου του πιάτου του. Τα νεότερα xenobots μας είναι κατασκευασμένα εξ ολοκλήρου από ιστό δέρματος που καλύπτεται από κομμάτια μικρών τριχών που ονομάζονται βλεφαρίδες. Αυτές οι τρίχες χτυπούν μπρος-πίσω σαν εύκαμπτα κουπιά για να ωθήσουν το xenobot προς τα εμπρός και να το αφήσουν να κολυμπήσει. Μία από τις ωραίες ιδιότητες των κυττάρων βατράχου είναι ότι είναι αυτοτροφοδοτούμενα: έρχονται προφορτωμένα με ενέργεια, παρόμοια με τον κρόκο ενός αυγού κοτόπουλου, που τα κρατά για εβδομάδες χωρίς να χρειάζεται να επαναφορτιστούν ή να ταΐσουν.

Πώς παράγετε στη συνέχεια τα xenobots χρησιμοποιώντας τα κύτταρα;

Οποιοσδήποτε έχει σταθερό χέρι μπορεί να κατασκευάσει ένα xenobot ακολουθώντας τις οδηγίες που περιγράφονται λεπτομερώς στις δημοσιευμένες μελέτες μας. Το μόνο που χρειάζεστε πραγματικά είναι ένα μικροσκόπιο, αιχμηρή λαβίδα, αυγά βατράχου, αλατόνερο και ένα πιάτο Petri. Αρχικά, συλλέγουμε συγκεκριμένα κύτταρα από αυγά βατράχου μιας ημέρας. Εάν φέρουμε αρκετά από αυτά τα κύτταρα σε επαφή μεταξύ τους, θα κολλήσουν μεταξύ τους και θα συμπιεστούν σε μια σφαίρα.

Στη συνέχεια, μπορούμε να χαράξουμε το σχήμα του σώματος που έχει σχεδιαστεί από υπολογιστή με αφαίρεση χρησιμοποιώντας ακονισμένη λαβίδα και μια συσκευή μικροκαυτηριασμού που καίει ελαφρά τον ιστό έτσι ώστε να διατηρεί το επιθυμητό σχήμα. Το ξενομπότ που προκύπτει έχει διάμετρο μικρότερο από ένα χιλιοστό, το οποίο είναι μικρότερο από έναν κόκκο άμμου αλλά ορατό με γυμνό μάτι ως μια μικρή κηλίδα.

Διαβάστε περισσότερα:

Πώς ήταν να πηγαίνεις από τις προσομοιώσεις υπολογιστή μέχρι να βλέπεις τα ζωντανά xenobots;

Κάθε παιδί ονειρεύεται να φτιάξει κάτι από Lego ή Play-doh που με μαγικό τρόπο γίνεται ένα πλάσμα που περπατάει και μιλάει. Τόσα πολλά βιβλία και ταινίες εξερευνούν αυτήν την ιδέα. Ο χιονάνθρωπος στην ταινία Frozen, the Gingerbread Man, Pinocchio, Golem, Talos, Galatea. Έχουμε αυτή τη γοητεία που χρονολογείται από την αρχαία λογοτεχνία σχετικά με τη ζωή σε άψυχα αντικείμενα. Κάθε xenobot ξεκινά ως ψηφιακά κομμάτια υπολογιστή – ένα εικονικό πλάσμα μέσα σε ένα βιντεοπαιχνίδι. Εάν παρουσιάζει ενδιαφέρουσες συμπεριφορές στο βιντεοπαιχνίδι, ζωντανεύουμε κυριολεκτικά αυτά τα κομμάτια υπολογιστή. Πόσο ωραίο είναι αυτό;

Τότε ανακαλύψατε ότι αυτά τα xenobots μπορούσαν να κατασκευάσουν αντίγραφα το ένα του άλλου;

Νομίζω ότι είναι μια εξαιρετική περιγραφή του τι συμβαίνει. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι αναπαράγονται, αλλά η αναπαραγωγή στη φύση συνεπάγεται ανάπτυξη από έναν σπόρο ή ένα αυγό ή ένα κομμάτι του γονέα. Διαπιστώσαμε ότι εάν ραντίζαμε χαλαρά βλαστοκύτταρα στο πιάτο του xenobot, τα xenobots θα έσπρωχναν τα βλαστοκύτταρα σε σωρούς. Σωροί που περιείχαν τουλάχιστον 50 κύτταρα αναπτύχθηκαν σε παιδιά ξενομπότ.

Όταν τοποθετούσαμε τα παιδιά σε ένα νέο πιάτο, ενεργούσαν ακριβώς όπως οι γονείς τους – μετακινούνταν και έσπρωχναν χαλαρά κελιά σε σωρούς που έγιναν εγγόνια. Έπειτα τα εγγόνια χτίζουν δισέγγονα και ούτω καθεξής. Καταλαβαίνω ότι αυτή η διαδικασία μπορεί να ακούγεται σαν ένα κόλπο για πάρτι, αλλά πιστεύω ότι είναι μια σημαντική επιστημονική ανακάλυψη – είναι μια άγνωστη μέχρι τότε μορφή αυτοαντιγραφής στη βιολογία που εγείρει κάθε είδους νέα ερωτήματα.

Οι μικρότερες σφαίρες που εμφανίζονται εδώ είναι ομάδες «απογόνου» βλαστοκυττάρων που έχουν συμπιεστεί μεταξύ τους από γονείς σχεδιασμένους με AI © Douglas Blackiston/Sam Kriegman

Οι μικρότερες σφαίρες που εμφανίζονται εδώ είναι ομάδες «απογόνου» βλαστοκυττάρων που έχουν συμπιεστεί μεταξύ τους από γονείς σχεδιασμένους με AI © Douglas Blackiston/Sam Kriegman

Πώς τα κάνατε να αναπαράγονται με αυτόν τον τρόπο;

Λοιπόν, δεν μπορείτε ακόμα να συνδέσετε ένα καλώδιο USB σε ένα xenobot. Μπορούμε όμως να τα προγραμματίσουμε κατά μία έννοια σχεδιάζοντας τα σχήματα του σώματος των γονιών. Όπως θα περίμενε κανείς, ορισμένα σχήματα είναι καλύτερα στην κατασκευή πασσάλων από άλλα σχήματα. Επειδή η ικανότητά τους να αναπαράγονται είναι συνδεδεμένη με την ικανότητά τους να φτυαρίζουν τα κύτταρα σε μεγαλύτερους σωρούς, τα καλύτερα φτυάρια είναι καλύτεροι αντιγραφείς. Το καλύτερο replicator που γνωρίζουμε είναι εκπληκτικά απλό – μοιάζει με το Pac-Man από το arcade παιχνίδι της δεκαετίας του 1980 – ένα κυκλικό σώμα με ένα μόνο στόμιο κομμένο από την πλευρά του.

Υπάρχουν μελλοντικές εφαρμογές που σκέφτεστε;;

Δεδομένων των όσων γνωρίζουμε για τα xenobots – ότι είναι αυτοτροφοδοτούμενα, βιοδιασπώμενα, πολύ μικρά και υδάτινα – είναι κατανοητό ότι μπορεί να έχουν μελλοντικές υποβρύχιες εφαρμογές, ίσως καθαρίζοντας μικροπλαστικά ή άλλα σωματίδια από λίμνες. Θα μπορούσαν επίσης να έχουν ιατρικές εφαρμογές πιο κάτω. Τώρα, σίγουρα δεν θέλετε να κάνετε ένεση κυττάρων βατράχου στο σώμα σας. Αλλά θα μπορούσαμε, καταρχήν, να φτιάξουμε ξενομπότ από ανθρώπινα κύτταρα αντί για κύτταρα βατράχου.

Εάν το κάνουμε αυτό, τότε ίσως κάποια μέρα στο μέλλον θα καταπιούμε τα xenobots ως οχήματα για την έξυπνη διανομή ναρκωτικών. Φυσικά η δημιουργία χρήσιμων μικρορομποτικών ιατρικών συσκευών δεν είναι εύκολη υπόθεση. Εάν τα ρομπότ μοιάζουν με ξένους εισβολείς, θα πυροδοτήσουν μια ανοσολογική απόκριση που προσπαθεί να τα εξαλείψει. Σκεφτείτε μια μεταμόσχευση οργάνου που θα σώσει τη ζωή ενός ασθενούς, αλλά το σώμα του την απορρίπτει ούτως ή άλλως – αυτό είναι ένα σημαντικό πρόβλημα στην ιατρική. Μπορούμε να φανταστούμε μια λύση στην οποία ρομπότ κατά παραγγελία δημιουργούνται από τα κύτταρα του ίδιου του ασθενούς.

Με αυτόν τον τρόπο το σώμα θα αναγνωρίσει τα ρομπότ ως μέρος της ομάδας και θα τους επιτρέψει να κάνουν τη δουλειά τους. Δεν είμαστε πουθενά κοντά σε αυτό ακόμα, αλλά φτιάχνουμε xenobots μόνο για τρία χρόνια και μπορούν ήδη να κάνουν μερικά καταπληκτικά πράγματα. Ποιος ξέρει πού θα είμαστε σε 10 ή 20 χρόνια.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.