Ο πρώτος «βιονικός άνθρωπος». The Incredible Bionic Man

O Φρανκ δημιουργήθηκε με σκοπό να παρουσιάσει τις εξελίξεις στον χώρο των τεχνητών μελών και οργάνων. The Bionic Man is the world's first robot human made entirely of prosthetic parts. He can walk and talk and has a complete circulatory system. A Smithsonian Channel special about the bionic man airs Sunday (Oct. 20) on the Smithsonian Channel at 9 p.m. EDT/8 p.m. CDT. Credit: Courtesy of Smithsonian Channel

Το πρώτο ανθρωποειδές πλήρως κατασκευασμένο από προσθετικά μέλη συναρμολόγησε η λονδρέζικη εταιρεία Shadow Robot Co σε συνεργασία με ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης. Ο «βιονικός άνθρωπος», γνωστός και ως Φρανκ, «γεννήθηκε» με σκοπό να παρουσιάσει τις καινοτομίες από τον χώρο των ρομποτικών προσθετικών μελών και των τεχνητών οργάνων.

The robot has a prosthetic face modeled after Bertolt Meyer, a social psychologist at the University of Zurich, in Switzerland. He also has a retinal prosthesis made by Second Sight in Sylmar, Calif. Credit: Courtesy of Smithsonian Channel

«Δεν είναι φάρσα, πρόκειται για μια πραγματική επιστημονική εξέλιξη» αναφέρει ο διευθυντής του Εθνικού Μουσείου Αεροναυπηγικής και Διαστήματος Σμιθσόνιαν, όπου και φιλοξενείται ο «βιονικός άνθρωπος».

Το ρομπότ

The robot sports a pair of robotic ankles and feet from BiOM in Bedford, Mass. To support his prosthetic legs, the bionic man wears a robotic exoskeleton named "Rex," made by REX Bionics in New Zealand. His awkward, jerky walk makes him more Frankensteinian than ever. Credit: Courtesy of Smithsonian Channel

Το «ζωντανό» ρομπότ ύψους 1,83μ. και βάρους 77 κιλών, πρωταγωνιστεί σε ντοκιμαντέρ του καναλιού του Σμιθσόνιαν, αφιερωμένο στην εξέλιξη των βιονικών μελών και την ανάπτυξη βιονικών ρομπότ. 

The bionic man also has a nearly complete set of artificial organs, including an artificial heart, blood, lungs (and windpipe), pancreas, spleen, kidney, and functioning circulatory system. Credit: Courtesy of Smithsonian Channel

Η κατασκευή του στοίχισε περί το ένα εκατομμύριο δολάρια (δηλαδή περίπου 700.000 ευρώ) και αποτελείται από 28 τεχνητά μέρη – τεχνητό πάγκρεας, πνεύμονες, σπλήνα, κυκλοφορικό σύστημα κ.ά. -, τα οποία δόθηκαν στο πλαίσιο δωρεάς από εταιρείες βιοϊατρικής.

Roboticists Rich Walker and Matthew Godden of Shadow Robot Company in England led the assembly of the bionic man from prosthetic body parts and artificial organs donated by laboratories around the world. Credit: Courtesy of Smithsonian Channel

Το πρόσωπο του ρομπότ, ανήκει στον δρα Μάγιερ, ο οποίος γεννήθηκε χωρίς χέρι και διαθέτει ρομποτικό μέλος. Η τεχνητή του νοημοσύνη περιορίζεται σε επίπεδο chatbox – κάτι αντίστοιχο με την εφαρμογή της Siri για το iPhone της Apple.

«Οι δημιουργοί του 'βιονικού ανθρώπου' αποφάσισαν να του χαρίσουν την προσωπικότητα ενός 13χρονου αγοριού από την Ουκρανία, οπότε δεν είναι και το πιο ευγενικό “πλάσμα” για συζήτηση» αναφέρει γελώντας ο μηχανικός σχεδίασης της Shadow Robot, Ρόμπερτ Γουαρμπάρτον.

Το ρομπότ παρουσιάστηκε την περασμένη εβδομάδα στο πλαίσιο του συνεδρίου Comic Con, που πραγματοποιήθηκε στη Νέα Υόρκη και από τις 18 Οκτωβρίου δέχεται… επισκέψεις στο μουσείο.

Υπολογιστής «ζει» με... ηλεκτρονικό αίμα, IBM unveils computer fed by 'electronic blood'

Ο δρ Πάτρικ Ρουχ δίπλα από τον πρότυπο «ζωντανό» υπολογιστή της IBM. Is liquid fuel the key to zettascale computing? Dr Patrick Ruch with IBM's test kit

Η βιομηχανία ημιαγωγών θα μπορούσε να λύσει δύο από τα μεγαλύτερα προβλήματά της αν υιοθετούσε την αρχιτεκτονική του ανθρώπινου εγκεφάλου, πιστεύει η IBM. Το ερευνητικό τμήμα της εταιρείας στη Ζυρίχη παρουσίασε το πρωτότυπο ενός υπολογιστή που χρησιμοποιεί «ηλεκτρονικό αίμα» τόσο για την ψύξη του όσο και για την τροφοδοσία του με ηλεκτρική ενέργεια.

«Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι 10.000 φορές πιο πυκνός και πιο αποδοτικός από οποιονδήποτε σημερινό υπολογιστή» είπε ο δρ Μπρούνο Μίτσελ της IBM Research σε επίδειξη που παρακολούθησε και το BBC.

«Αυτό είναι εφικτό επειδή ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί ένα εξαιρετικά αποδοτικό δίκτυο από τριχοειδή αιμοφόρα αγγεία, το οποίο μεταφέρει θερμότητα και ταυτόχρονα μεταφέρει ενέργεια» εξήγησε.

Τι συμβαίνει σήμερα

The future of computing? IBM's model uses a liquid to deliver power and remove heat.

Τα σημερινά κυκλώματα από πυρίτιο πλησιάζουν τα θεωρητικά τους όρια, καθώς σύντομα θα είναι αδύνατο να μικρύνουν περισσότερο χωρίς να καίγονται από υπερθέρμανση.

Η μεγάλη εκπομπή θερμότητας αποτελεί ήδη εμπόδιο σε μια προσέγγιση της IBM για τη δημιουργία «τρισδιάστατων» κυκλωμάτων, στα οποία τα τσιπ στοιβάζονται πάνω σε άλλα και αυξάνουν έτσι την πυκνότητα του συστήματος. Αναγκαστικά, τα περισσότερα σημερινά κυκλώματα είναι «δισδιάστατα», απλωμένα δηλαδή σε μια επίπεδη επιφάνεια ώστε να έρχονται σε επαφή με τον αέρα και να ψύχονται καλύτερα.

Η νέα πατέντα

Bruno Michel with a server from Aquasar - a highly efficient liquid-cooled computer.

Η χρήση του «ηλεκτρονικού αίματος», το οποίο ψύχει τον υπολογιστή όπως το αίμα απάγει θερμότητα από τον εγκέφαλο, ενώ ταυτόχρονα προσφέρει ενέργεια όπως το αίμα προσφέρει καύσιμα στους εγκεφαλικούς ιστούς, θα επέτρεπε την αύξηση της πυκνότητας των τσιπ με ταυτόχρονη μείωση της κατανάλωσης.

«Σε έναν υπολογιστή, οι επεξεργαστές καταλαμβάνουν μόλις το ένα εκατομμυριοστό του συνολικού όγκου. Σε έναν εγκέφαλο, το ποσοστό ανεβαίνει στο 40%. Ο εγκέφαλός μας είναι ένα πραγματικά πυκνό αντικείμενο» επισήμανε ο δρ Μίτσελ.

A redox flow test system - the different coloured liquids have different oxidation states.

Ο Μίτσελ και οι συνεργάτες του παρουσίασαν ένα απλό σύστημα με τσιπ που φέρουν μικρά κανάλια για το ροή υγρού, με διάμετρο μόλις 100 μικρόμετρα. Το υγρό που ρέει μέσα στα κανάλια απάγει την παραγόμενη ενέργεια, όπως συμβαίνει και σε παλαιότερα υγρόψυκτα συστήματα, ταυτόχρονα όμως λειτουργεί ως παροχή ηλεκτρικού ρεύματος.

Αυτό επιτυγχάνεται συνδέοντας το σύστημα με μια «μπαταρία ροής οξειδοαναγωγής βαναδίου» -ένα είδος μπαταρίας που μεταφέρει χημική ενέργεια αποθηκευμένη σε ιόντα βαναδίου.

Η IBM πιστεύει ότι η νέα αυτή προσέγγιση θα είναι έτοιμη για εμπορική εφαρμογή σε περίπου μια δεκαετία.

SuperMUC uses liquid cooling instead of air - a model for future computer designs.

Απώτερος στόχος είναι η ανάπτυξη ενός υπερυπολογιστή ισχύος 1 petaflops (15 τετράκις εκατομμύρια πράξεις ανά δευτερόλεπτο) σε μέγεθος επιτραπέζιου υπολογιστή.

Σήμερα ένα τέτοιο σύστημα καταλαμβάνει χώρο όσο μισό γήπεδο ποδοσφαίρου και καταναλώνει δεκάδες χιλιάδες watt ηλεκτρικής ενέργειας.

Όπως επισήμαναν οι ερευνητές, ο υπερυπολογιστής Watson της IBM, ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης που ανακηρύχθηκε πρωταθλητής στο τηλεπαιχνίδι γνώσεων Jeopardy!, καταναλώνει 85.000 watt. Συγκριτικά, ο εγκέφαλος των ανθρώπινων αντιπάλων του τους οποίους νίκησε μετά βίας καταναλώνει μόλις 20 watt.

«Όπως οι υπολογιστές μας βοηθούν να κατανοήσουμε τον εγκέφαλο, έτσι και η κατανόηση του εγκεφάλου θα μας βοηθήσει να αναπτύξουμε καλύτερους υπολογιστές» σχολίασε ο Ματίας Κάιζερσβερτ, διευθυντής της IBM Research στη Ζυρίχη.

Πείραμα στο Χάρβαρντ αλλάζει τον γενετικό κώδικα της ζωής, Researchers Advance Toward Engineering 'Wildly New Genome'

Wyss Institute file photo of E. Coli. (Credit: Rick Groleau). In two parallel projects, researchers have created new genomes inside the bacterium E. coli in ways that test the limits of genetic reprogramming and open new possibilities for increasing flexibility, productivity and safety in biotechnology.

Γενετιστές στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ κατάφεραν να αλλάξουν τη γλώσσα στην οποία είναι γραμμένες οι γενετικές πληροφορίες ενός βακτηρίου, ένα επίτευγμα που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την παραγωγή εντελώς νέων μορίων στη βιομηχανία βιοτεχνολογίας, ενώ ταυτόχρονα θα μπορούσε να εμποδίσει την απόδραση γενετικά τροποποιημένων οργανισμών.

Η μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Science αφορά την αλλαγή του γενετικού κώδικα, ενός συνόλου κανόνων που χρησιμοποιούν όλοι οι οργανισμοί στη Γη για να ερμηνεύουν τις πληροφορίες των γονιδίων.

Τα γράμματα του βιβλίου της ζωής

Ερευνητές κατόρθωσαν να αλλάξουν μια «τριπλέτα» γραμμάτων στο «βιβλίο» του DNA. Scientists from Yale and Harvard have recoded the entire genome of an organism and improved a bacterium's ability to resist viruses, a dramatic demonstration of the potential of rewriting an organism's genetic code.

Το μόριο του DNA είναι μια αλυσίδα που συναρμολογείται από τέσσερις διαφορετικές χημικές βάσεις, οι οποίες είναι ουσιαστικά τα «γράμματα» στο «βιβλίο της ζωής»: A, T, C, G.  Η αλληλουχία των γραμμάτων εξηγεί στο κύτταρο πώς να παραγάγει συγκεκριμένες πρωτεΐνες, συνδέοντας στη σειρά διαφορετικά αμινοξέα.

Τα κύτταρα διαβάζουν τις βάσεις αυτές ανά τρεις, με κάθε τριπλέτα (ή κωδικόνιο) να μεταφράζεται σε ένα συγκεκριμένο αμινοξύ.

Οι κανόνες όμως άλλαξαν στο εργαστήριο του Τζορτζ Τσερτς, καθηγητή Γενετικής στο Χάρβαρντ. Η ομάδα του Τσερτς κατάφερε να αλλάξει το νόημα ενός συγκεκριμένου κωδικονίου στο γονιδίωμα του κολοβακτηρίου Escherichia coli.

Συγκεκριμένα, κατάφεραν να αλλάξουν το νόημα της τριπλέτας UAG, η οποία κανονικά λέει στο κύτταρο πού τελειώνει κάθε γονίδιο στο μόριο του DNA. Η τριπλέτα άλλαξε σημασία, και πλέον αντιστοιχούσε σε ένα σπάνιο αμινοξύ που δεν χρησιμοποιείται από τους οργανισμούς στη φύση. Με άλλα λόγια, το βακτήριο παρήγαγε πρωτεΐνες χρησιμοποιώντας ένα επιπλέον συστατικό που δεν απαντάται στη φύση.

Οι ερευνητές αποκαλούν μάλιστα το τροποποιημένο μικρόβιο «γενετικά επανακωδικοποιημένο οργανισμό».

Αλλαγή κωδικονίων

Σε μια δεύτερη μελέτη, η οποία επίσης δημοσιεύεται στο Science, η ίδια ερευνητική ομάδα αναφέρει ότι κατάφερε να αντικαταστήσει 13 διαφορετικά κωδικόνια με νέα κωδικόνια που είχαν την ίδια σημασία. Η τροποποίηση αυτή δεν άλλαξε τον ίδιο τον γενετικό κώδικα, ούτε επηρέασε τη σύσταση των πρωτεϊνών που παράγει η E.coli, δείχνει όμως ότι τα κωδικόνια του DNA είναι δυνατό να αλλάξουν με σχετική ευκολία.

Οι εσκεμμένες παρεμβάσεις στον ίδιο τον γενετικό κώδικα, πέρα από τις σημερινές μεθόδους που επιτρέπουν την εισαγωγή ξένων γονιδίων, θα ήταν χρήσιμες στη βιομηχανία τεχνολογίας, τονίζουν οι ερευνητές.

In the new study, the researchers working with E. coli swapped a codon and eliminated its natural stop sign that terminates protein production. The new genome enabled the bacteria to resist viral infection by limiting production of natural proteins used by viruses to infect cells. Isaacs — working with Marc Lajoie of Harvard, Alexis Rovner of Yale, and colleagues — then converted the "stop" codon into one that encodes new amino acids and inserted it into the genome in a plug-and-play fashion.

Η αλλαγή της γλώσσας του DNA, για παράδειγμα, θα προστάτευε τα καλλιεργούμενα μικρόβια από επιθέσεις ιών, οι οποίες προκαλούν σήμερα προβλήματα στη φαρμακευτική βιομηχανία.

Επιπλέον, η χρήση μικροβίων που χρειάζονται σπάνια αμινοξέα, τα οποία δεν απαντώνται στη φύση, θα εμπόδιζε την απόδρασή τους και τον πολλαπλασιασμό τους στο περιβάλλον.

Η παρέμβαση στον γενετικό κώδικα, τέλος, θα επέτρεπε τη σύνθεση εντελώς νέων πρωτεϊνών, όπως για παράδειγμα φαρμάκων τυλιγμένων με αλυσίδες πολυμερών, έτσι ώστε να αυξάνεται η διάρκεια ζωής τους στην κυκλοφορία του αίματος.

Όπως σχολίασε ο επικεφαλής της μελέτης δρ Τσερτς, οι νέες μελέτες «ίσως μας προσφέρουν μια εντελώς νέα χημική εργαλειοθήκη για τη βιοτεχνολογική παραγωγή».