VIDEO: Stigla nova generacija živih robota

Tim biologa i računalnih znanstvenika sa Sveučilišta Tufts i Vermont (UVM), prošle je godine razvio sićušne biološke strojeve pod nazivom Xenoboti, koji se mogu kretati naokolo, gurati teret i čak izražavati kolektivno ponašanje u nazočnosti drugih Xenobotova.

Ista ekipa sada je proizvela životne forme koje se sastoje od pojedinačnih ćelija, koje ne trebaju mišićne ćelije za kretanje te čak iskazuju sposobnost pohrane memorije. Pored toga mogu se kretati brže, navigirati u različitim okolišima te imaju duži životni vijek od prve generacije, dok su istovremeno zadržali sposobnost rada u grupama i samoiscjeljenja kada se oštete.

Znanstvenici su za ove "žive robote" uzeli matične stanice embrija afričke žabe Xenopus laevis i omogućili im da se razvijaju i rastu u sferoidima, gdje su se neke stanice nakon nekoliko dana diferencirale kako bi proizvele cilije - sitne izbočine poput dlačica koje se pomiču naprijed-natrag ili rotiraju na specifičan način. Umjesto ručno izrađenih srčanih stanica čije su prirodne ritmičke kontrakcije dopustile originalnim Xenobotovima da se vrte naokolo, "trepavice" novim sferoidnim botovima daju "noge" koje ih brzo premještaju po površini. Kod žabe ili čovjeka, cilije bi se obično mogle naći na sluzavim površinama, poput pluća, kako bi potisnule patogene i druge strane materijale, a na Xenobotovima su prenamijenjene kako bi im osigurale brzo kretanje.

„Svjedoci smo izvanredne plastičnosti staničnih kolektiva, koji grade osnovno novo tijelo koje se prilično razlikuje od njihovog zadanog - u ovom slučaju žabe - unatoč tome što imaju sasvim normalan genom", rekao je Michael Levin, ugledni profesor biologije i direktor Allen Discovery Centra na Sveučilištu Tufts i jedan od autora studije. “U embriju žabe stanice surađuju kako bi stvorile punoglavca. Ovdje, uklonjene iz tog konteksta, stanice mogu preusmjeriti svoj genetski kodirani hardver, poput trepavica, za nove funkcije kao što je kretanje. Nevjerojatno je da stanice mogu spontano preuzeti nove uloge i stvoriti nova ponašanja bez dugih razdoblja evolucijskog odabira za te značajke. "

„Na neki su način Xenoboti konstruirani poput tradicionalnog robota. Samo što mi koristimo stanice i tkiva, a ne umjetne komponente za izgradnju oblika i stvaranje predvidljivog ponašanja. " rekao je viši znanstvenik Doug Blackiston. "S aspekta biologije, ovaj nam pristup pomaže sagledati kako stanice ulaze u interakciju dok međusobno komuniciraju tijekom razvoja i omogućuje bolju kontrolu nad tim interakcijama."

Dok su znanstvenici iz Tuftsa stvarali fizičke organizme, znanstvenici iz UVM-a bili su zauzeti izvođenjem računalnih simulacija koje su modelirale različite oblike Xenobotova kako bi provjerili mogu li pokazivati ​​različita ponašanja, kako pojedinačno, tako i u skupinama, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Koristeći Deep Green superračunalni klaster u UVM Vermont Advanced Computing Core centru, tim predvođen računalnim znanstvenicima i stručnjacima za robotiku Joshom Bongardom i Samom Kriegmanom, simulirao je Xenbotove pod stotinama tisuća slučajnih uvjeta okoliša koristeći evolucijski algoritam. Ove su simulacije korištene za identifikaciju ksenobota koji su najsposobniji za rad zajedno u rojevima kako bi sakupili velike hrpe otpada. Ispostavilo se da su novi Xenoboti puno brži i bolji u zadacima poput odvoza smeća od prošlogodišnjeg modela jer su zajedno radili u roju i skupljali veće gomile čestica željeznog oksida.

Jedna od važnih značajki dodanih u nadogradnji Xenobota je mogućnost bilježenja podataka. Središnja značajka robotike je sposobnost snimanja memorije i korištenja tih podataka za modificiranje radnje i ponašanja robota. Imajući to na umu, znanstvenici iz Tuftsa konstruirali su Xenobotove s mogućnošću čitanja/pisanja kako bi zabilježili jedan bit informacija, koristeći fluorescentni izvještajni protein nazvan EosFP, koji obično svijetli zeleno. Međutim, kada je izložen svjetlosti na valnoj duljini od 390 nm, protein umjesto toga emitira crvenu svjetlost.

Stanicama zametaka žaba ubrizgana je glasnička RNA koja kodira protein EosFP prije nego što su matične stanice izrezane kako bi se stvorili Xenoboti. Zreli Xenoboti sada imaju ugrađeni fluorescentni prekidač koji može zabilježiti izloženost plavom svjetlu oko 390 nm.

Istraživači su testirali memorijsku funkciju dopuštajući 10 ksenobota da plivaju oko površine na kojoj je jedno mjesto osvijetljeno snopom svjetlosti od 390 nm. Nakon dva sata otkrili su da su tri bota emitirala crveno svjetlo, a ostatak je ostao u izvornoj zelenoj boji, efektivno bilježeći "putničko iskustvo" botova.

Ovaj dokaz principa molekularne memorije mogao bi se proširiti u budućnosti kako bi se otkrilo i zabilježilo ne samo svjetlost već i prisutnost radioaktivne kontaminacije, kemijskih zagađivača, lijekova ili bolesti.

Krajnji cilj istraživača Tuftsa i UVM-a nije samo istražiti puni opseg bioloških robota koje mogu napraviti, već žele također razumjeti odnos između "hardvera" genoma i "softvera" staničnih komunikacija koji ulaze u stvaranje organiziranih tkiva, organa i udova. Tada možemo steći veću kontrolu nad tom morfogenezom za potrebe regenerativne medicine, liječenja raka i bolesti starenja.