Самовъзпроизвеждащите се ксеноботи представляват нова форма на биологично размножаване

Сподели

Ако идеята за живи роботи, направени от жабешки клетки, не е достатъчно странна за вас, какво ще кажете за живи роботи, направени от жабешки клетки със способността да се възпроизвеждат? Тези първи по рода си „ксеноботи“ не са просто чудо на съвременното биоинженерство, което би могло да отвори вълнуващи възможности в регенеративната медицина, но също така представляват вид биологична репродукция, която никога досега не е наблюдавана в науката.

Тези нови роботи се основават на изследвания от миналата година, в които учени от Университета на Вермонт (UVM), Университета Тафтс и Харвардския университет разработиха живи роботи от клетки, събрани от Xenopus laevis жаба. Тези роботи са проектирани от суперкомпютър и са сглобени ръчно, работещи със съхранена ембрионална енергия, за да плуват около петриевите блюда, изпълнявайки различни задачи в зависимост от техния дизайн, включително бутане на материал в тяхната среда и дори образуване на копия от свободни клетки.

“Те могат да направят деца, но след това системата обикновено умира”, казва Сам Кригман, водещ автор на изследването. “Всъщност е много трудно да накарате системата да продължи да се възпроизвежда.”

За да си позволят подобни възможности на своите ксеноботи, учените отново се обърнаха към базиран на суперкомпютър еволюционен алгоритъм, за да тестват милиарди различни потенциални форми на тялото. Те включват триъгълници, квадрати, пирамиди и морски звезди, като целта е да се приземи върху дизайн, който позволява на Xenobot да изпълнява това, което изследователите наричат ​​базирано на движение „кинематична репликация“.

Това явление е наблюдавано на молекулярно ниво, където молекулите ще се репликират, като се придвижват и се комбинират с други градивни елементи, за да образуват свои копия. Това никога досега не е било виждано в цели клетки или организми, но дизайнът, изплют от суперкомпютър, доведе до Xenobot, способен да направи точно това.

„Помолихме суперкомпютъра в UVM да измисли как да коригира формата на първоначалните родители и AI излезе с някои странни дизайни след месеци на пребиваване, включително такъв, който приличаше на Pac-Man“, казва Кригман. „Това е много неинтуитивно. Изглежда много просто, но не е нещо, което човешки инженер би измислил. Защо една мъничка уста? Защо не пет? Изпратихме резултатите на Дъг (съавтор Дъглас Блекистън) и той построи тези родителски ксеноботи с форма на Pac-Man. Тогава тези родители построиха деца, които направиха внуци, които направиха правнуци, които направиха праправнуци.”

Проектиран от ИИ „родителски“ организъм, виждан в червено, заедно с клетки, компресирани в потомство, виждано в зелено

Дъглас Блекистън/Сам Кригман

Тези ксеноботи с форма на Pac-Man плуват около чинията, събирайки стотици единични клетки и събират бебета в устата си, които се развиват в ксеноботи, които изглеждат и се движат точно като робот-родител в рамките на няколко дни. Тези нови ксеноботи могат да направят същото, като създават свои копия отново и отново.

„Това е дълбоко“, казва авторът на изследването Майкъл Левин. „Тези клетки имат генома на жаба, но, освободени от това да се превърнат в попови лъжички, те използват своята колективна интелигентност, пластичност, за да направят нещо поразително.

Учените отбелязват, че нито едно животно или растение не се размножава по този начин и смятат новото поколение ксеноботи за идеалното средство за изследване на самовъзпроизвеждащи се системи. Докато идеята за самовъзпроизвеждащи се роботи може да бъде причина за безпокойство сред някои, екипът отбелязва контролираната среда, в която се провеждат неговите експерименти, и лекотата, с която те могат да бъдат потушени.

Надеждата е, че тези видове репликиращи роботи могат да помогнат на човечеството по-бързо да решава сложни проблеми. Това може да означава разработване на машини за почистване на микропластмаси от водни пътища, разработване на ваксини за нови вируси или лекарства за всякакви заболявания.

„Ако знаехме как да кажем на колекции от клетки да правят това, което искаме да правят, в крайна сметка това е регенеративна медицина – това е решението за травматични наранявания, вродени дефекти, рак и стареене“, казва Левин. „Всички тези различни проблеми са тук, защото не знаем как да предвидим и контролираме какви групи клетки ще изградят. Xenobots са нова платформа за обучение.

Изследването е публикувано в списанието Известия на Националната академия на науките.

Източник: Институт за биологично вдъхновено инженерство Wyss към Харвардския университет

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели