Echipa construiește astăzi primii roboți vii UVM Universitatea din Vermont
xenobot-organism-pair-800x400.jpg
O carte este făcută din lemn. Dar nu este un copac. Celulele moarte au fost refăcute pentru a satisface o altă nevoie.
Acum, o echipă de oameni de știință a refăcut celulele vii - răzuite din embrioni de broască - și le-a asamblat în forme de viață complet noi. Acești „xenobiți” cu lățimi milimetrice se pot deplasa către o țintă, poate prelua o sarcină utilă (cum ar fi un medicament care trebuie transportat într-un anumit loc din interiorul unui pacient) - și se pot vindeca după ce au fost tăiați.
„Acestea sunt mașini vii noi”, spune Joshua Bongard, informatician și expert în robotică la Universitatea din Vermont, care a condus noua cercetare. „Nu sunt nici un robot tradițional, nici o specie de animal cunoscută. Este o nouă clasă de artefacte: un organism viu, programabil”.
Noile creaturi au fost proiectate pe un supercomputer la UVM - și apoi asamblate și testate de biologi de la Universitatea Tufts. „Ne putem imagina multe aplicații utile ale acestor roboți vii pe care alte mașini nu le pot face”, spune co-liderul Michael Levin, care dirijează Centrul pentru Biologie Regenerativă și de Dezvoltare la Tufts, „cum ar fi căutarea compușilor urât sau contaminarea radioactivă, colectarea microplasticului în oceane, călătorind în artere pentru a răzui placa. "
Rezultatele noii cercetări au fost publicate pe 13 ianuarie în Proceedings of the National Academy of Sciences.
Sisteme de viață personalizate
Oamenii au manipulat organismele în beneficiul omului de cel puțin în zorii agriculturii, editarea genetică este din ce în ce mai răspândită și câteva organisme artificiale au fost asamblate manual în ultimii ani - copiind formele corpului animalelor cunoscute.
Dar această cercetare, pentru prima dată, „proiectează mașini complet biologice de la bază”, scrie echipa în noul lor studiu.
Cu luni de timp de procesare pe clusterul de supercomputer Deep Green de la Vermont Advanced Computing Core, UVM, echipa - inclusiv autorul principal și doctorandul Sam Kriegman - a folosit un algoritm evolutiv pentru a crea mii de modele candidate pentru noile forme de viață. Încercând să realizeze o sarcină atribuită oamenilor de știință - cum ar fi locomoția într-o singură direcție - computerul ar reasambla, din nou și din nou, câteva sute de celule simulate în nenumărate forme și forme de corp. Pe măsură ce programele au funcționat - conduse de reguli de bază despre biofizica a ceea ce pot face o singură piele de broască și celulele cardiace - organismele simulate cu mai mult succes au fost păstrate și rafinate, în timp ce desenele eșuate au fost aruncate. După o sută de rulări independente ale algoritmului, cele mai promițătoare modele au fost selectate pentru testare.
Apoi, echipa de la Tufts, condusă de Levin și cu lucrările cheie ale microchirurgului Douglas Blackiston - a transferat în viață proiectele in silico. Mai întâi au adunat celule stem, recoltate de la embrionii broaștelor africane, specia Xenopus laevis. (De aici și numele „xenobots”.) Aceștia au fost separați în celule unice și lăsați să se incubeze. Apoi, folosind o pensetă mică și un electrod chiar mai subțire, celulele au fost tăiate și unite la microscop într-o apropiere apropiată a proiectelor specificate de computer.
Asamblate în forme ale corpului niciodată văzute în natură, celulele au început să lucreze împreună. Celulele pielii au format o arhitectură mai pasivă, în timp ce contracțiile odată aleatorii ale celulelor musculare ale inimii au fost o modalitate de a funcționa, creând o mișcare ordonată înainte, ghidată de designul computerului și ajutată de modele spontane de auto-organizare - permițând roboților să se deplaseze pe proprii.
Aceste organisme reconfigurabile s-au dovedit a fi capabile să se miște într-un mod coerent - și să exploreze mediul lor apos timp de zile sau săptămâni, alimentat de depozite de energie embrionare. Întoarse, însă, au eșuat, ca și cum gândacii ar fi răsturnat pe spate.
Testele ulterioare au arătat că grupurile de xenobiți se vor deplasa în cercuri, împingând peletele într-o locație centrală - spontan și colectiv. Altele au fost construite cu o gaură prin centru pentru a reduce rezistența. În versiunile simulate ale acestora, oamenii de știință au reușit să refacă această gaură ca o pungă pentru a transporta cu succes un obiect. „Este un pas către utilizarea organismelor proiectate de computer pentru administrarea inteligentă a medicamentelor”, spune Bongard, profesor la Departamentul de Informatică și Centrul de Sisteme Complexe al UVM.