Drobné zhluky buniek veľkosti Pac-Mana sú prvými biologickými robotmi na svete, ktorí sa sami replikujú.
Z koho kožných buniek sú maličké roboty? žaby, ale nerozmnožujú sa tým prepážka klietky Alebo meióza Alebo iným spôsobom sa bunky delia a replikujú za normálnych podmienok. Namiesto toho tvoria veľkú časť seba samých zo suroviny – voľne plávajúcich kožných buniek žaby – čím vytvárajú niekoľko generácií takmer identických organizmov.
V akcii roboti (ich vynálezcovia nazývaní „xenoboti“) dokonca vyzerajú ako Pac-Man. Pohybujú sa v pohyblivých vývrtkách a špirálach, ich otvorené „ústa“ valcujú voľne plávajúce kožné bunky na kôpky. Akonáhle sú bunky vo vzájomnom kontakte, bunky sa zhlukujú alebo zhlukujú, takže tieto aglomerácie sa pomaly spájajú do nových špirálovitých xenobotov.
Aj keď je táto samoreplikácia pomerne chúlostivý proces, ktorý je zatiaľ možný len v starostlivo kontrolovanej laboratórnej miske, výskumníci dúfajú, že ponúka nový prísľub pre biologicky založené roboty.
súvisiace: 11 častí tela vypestovaných v laboratóriu
„Schopnosť kopírovať samých seba je najlepší spôsob, ako sa uistiť, že budete pokračovať v tom, čo robíte,“ povedal Sam Craigman, počítačový vedec a postdoktorand z Vice Institute Harvardskej univerzity a Allen Discovery Center v Tufts. univerzite.
bio-boty
Kriegman a jeho kolegovia, vrátane počítačového vedca Joshuu Bongarda z Vermontskej univerzity, vyvíjali xenoboty už roky. Roboty sú vyrobené z kmeňových buniek získaných zo žabích vajíčok a sú široké 0,04 palca (1 milimeter) alebo menej. vo vzájomnom kontakte, rodičovská bunka Prirodzene tvoria guľovité kvapky, ktoré sú pokryté malými, pulzujúcimi riasinkami alebo vlasovými štruktúrami, ktoré môžu poháňať kvapku okolo.
„Nie sú to ani konvenční roboti, ani známy druh zvierat,“ uviedol Bongard vo vyhlásení, keď bol vynález Xenobotov prvýkrát ohlásený v roku 2020. Live Science povedal tie dni. „Je to nová trieda artefaktov: živý, programovateľný organizmus.“
Programovanie organizmu nie je také jednoduché ako zadávanie príkazov do kódu, povedal Craigman pre Live Science. „Je ťažké naprogramovať niečo, čo nemá softvér,“ povedal.
V konečnom dôsledku sa kontrola xenobotov zredukuje na kontrolu ich veľkosti. Tu prichádza vhod umelá inteligencia. Nie je vždy intuitívne, keď meníte jeho veľkosť alebo ako tvarovať tvar, aby ste dosiahli požadovaný výsledok. Počítačové simulácie však môžu prechádzať miliardami tvarov a veľkostí v priebehu dní alebo týždňov. Výskumníci môžu zmeniť aj prostredie okolo simulovaných xenobotov. Sľubné tvary, veľkosti a prostredia môžu byť testované v reálnom svete.
Biologické roboty sú sľubné, povedal Craigman, pretože sa dokážu opraviť sami. Sú tiež biologicky odbúrateľné. Xenobotom, ktorí sú ponechaní sami na seba, dochádza energia a v priebehu 10 až 14 dní začnú degenerovať. Nezanechávajú po sebe mikroplasty ani toxické kovy, iba drobné čiastočky organického rozkladu. Výskumníci pracujú na návrhoch, ktoré by xenobotom umožnili prenášať malé množstvá materiálu. Možné použitia zahŕňajú dodávanie liekov do tela alebo čistenie toxických chemikálií v prostredí.
vlastnú replikáciu
Vedci zistili, že vo svojom charakteristickom guľovom tvare sú xenoboty schopné obmedzenej verzie sebareplikácie. Keď sa dajú do misky naplnenej voľne plávajúcimi kmeňovými bunkami žaby, kvapky jednoducho krúžia, náhodne tlačia voľne plávajúce bunky do zhlukov, z ktorých niektoré sa zhlukujú a vytvoria nové xenoboty. Sú však menšie ako ich rodičia a vo všeobecnosti nie sú schopné preniesť dostatok jednotlivých buniek na vytvorenie ďalšej generácie.
Potom, čo počítačové simulácie naznačili, že tvar Pac-Man by mohol byť efektívnejší, výskumníci testovali tieto xenoboty v tvare C v polievke kmeňových buniek. Zistili, že priemer potomkov xenobotov Pac-Man bol o 149 % väčší ako priemer potomkov guľovitých xenobotov. Vďaka vylepšeniam veľkosti mohli malé xenoboty splodiť vlastné potomstvo. Namiesto iba jednej generácie replikátov xenobotov výskumníci zistili, že boli schopní vyrobiť až tri alebo štyri.
Systém je stále dosť jemný a proces pestovania buniek a zabezpečenie toho, aby ich rastový substrát bol čistý a čerstvý, povedal Krigman. A nebojte sa, pretože sa nemusíte obávať, že sa títo biologickí roboti vymknú kontrole a ovládnu svet: „Ak kýchnete na tanier, zničíte experiment,“ povedal Kriegman.
Znamená to tiež, že xenoboty nie sú celkom pripravené byť pracovnými robotmi. Výskumníci stále pracujú na testovaní rôznych tvarov pre rôzne úlohy. Ich simulácie AI tiež naznačovali, že zmena veľkosti laboratórnych misiek môže Xenobotom poskytnúť lepšie výsledky, ale stále to bolo potrebné otestovať v reálnom svete.
Existuje však niekoľko lekcií od xenobotov, ktoré možno okamžite začleniť do robotiky, povedal Kriegman. jeden je taký umela inteligencia Dá sa použiť na navrhovanie robotov, dokonca aj robotov, ktoré sa dokážu replikovať. Druhým je, že má zmysel stavať roboty z inteligentných komponentov. Biologické organizmy sú inteligentné až po ich jednotlivé časti, povedal: Organizmy zložené zo samoorganizujúcich sa buniek, ktoré sa skladajú zo samoorganizujúcich sa organel, ktoré sa skladajú zo samoorganizujúcich sa proteín a molekuly. Súčasné kovové a plastové roboty takto nefungujú.
„Ak dokážeme vyrobiť roboty z inteligentných modulov, možno dokážeme vyrobiť robustnejšie stroje,“ povedal Kriegman. „Možno dokážeme postaviť roboty v reálnom svete, ktoré sa dokážu samy opraviť alebo replikovať.“
Pôvodne publikované na Live Science.
