Τρίτη, 14 Ιανουαρίου 2020

Xenobots: Τα πρώτα «ζωντανά» ρομπότ. Meet Xenobot, an Eerie New Kind of Programmable Organism

Ερευνητές στις ΗΠΑ ανακοίνωσαν ότι δημιούργησαν μικροσκοπικές ζωντανές μηχανές, ένα είδος βιολογικού ρομπότ που μπορεί να προγραμματιστεί για να κάνει διάφορες εργασίες, από το να μεταφέρει φάρμακα μέσα στο σώμα μέχρι να καθαρίζει τοξικά απόβλητα στο περιβάλλον. Researchers hope the living robots, made up of masses of cells working in coordination, can help unlock the mysteries of cellular communication. Xenobots carve traces through a field of particulate matter. These simple robots made of cells exhibit remarkably complex behavior. COURTESY OF DOUGLAS BLACKISTON

Οι τεχνητοί βιολογικοί οργανισμοί (οι οποίοι ονομάστηκαν xenobots) δημιουργήθηκαν από ζωντανά κύτταρα που ελήφθησαν από έμβρυα βατράχων, σχεδιάστηκαν σε υπερυπολογιστή και στη συνέχεια συναρμολογήθηκαν σε τελείως νέες μορφές ζωής μήκους μερικών χιλιοστών. Μπορούν να κινηθούν μόνα τους προς ένα στόχο και να αυτοθεραπευθούν μετά από ένα κόψιμο.

Dr Joshua Bongard
Dr Joshua Bongard. CREDIT: JOSHUA BROWN, UVM

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή ρομποτικής Τζόσουα Μπόνγκαρντ του Τμήματος Επιστήμης των Υπολογιστών του Πανεπιστημίου του Βερμόντ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS).

The world’s first living robots have been built using stem cells from frog embryos, in a strange machine-animal hybrid that scientists say is an ‘entirely new life-form.’ Credit: The Telegraph

«Πρόκειται για καινοτόμες έμβιες μηχανές. Δεν είναι ούτε παραδοσιακά ρομπότ, ούτε οποιοδήποτε γνωστό είδος ζώου. Είναι μια νέα κατηγορία δημιουργήματος: ένας ζωντανός προγραμματιζόμενος οργανισμός», δήλωσε ο Μπόνγκαρντ.

«Μπορούμε να φανταστούμε διάφορες χρήσιμες εφαρμογές αυτών των έμβιων ρομπότ, τις οποίες άλλες μηχανές δεν μπορούν να κάνουν, όπως αποστολές σε περιβάλλοντα μολυσμένα με ραδιενέργεια, συλλογή μικροπλαστικών από τους ωκεανούς ή εργασία καθαρισμού του εσωτερικού των αρτηριών από την αθηρωματική πλάκα», δήλωσε ο Μάικλ Λέβιν, διευθυντής του Κέντρου Αναγεννητικής και Αναπτυξιακής Βιολογίας του Πανεπιστημίου Ταφτς.

The robots as designed by the computer at top, with their real-life analogs at bottom. COURTESY OF DOUGLAS BLACKISTON

Τα τελευταία χρόνια έχουν δημιουργηθεί μερικοί τεχνητοί οργανισμοί, όμως τώρα για πρώτη φορά, σύμφωνα με τους ερευνητές, «σχεδιάστηκαν τελείως βιολογικές μηχανές από το μηδέν». Ένας ειδικός εξελικτικός αλγόριθμος τεχνητής νοημοσύνης βοήθησε να δημιουργηθούν και να δοκιμαστούν χιλιάδες υποψήφια προσχέδια για νέες μορφές ζωής, ώσπου να βρεθεί η καλύτερη δυνατή.

The evolutionary algorithms spit out a wide range of forms. COURTESY OF DOUGLAS BLACKISTON

Ένας υπερυπολογιστής -με την καθοδήγηση του αλγόριθμου- συναρμολόγησε ξανά και ξανά μερικές εκατοντάδες προσομοιωμένα κύτταρα, δημιουργώντας διάφορες δοκιμαστικές μορφές και σχήματα σώματος.

Scientists repurposed living frog cells -- and assembled them into entirely new life-forms. These tiny 'xenobots' can move toward a target and heal themselves after being cut. These novel living machines are neither a traditional robot nor a known species of animal. They're a new class of artifact: a living, programmable organism. African clawed frog, Xenopus laevis. Credit: © Ezume Images / Adobe Stock

Αφού τελικά επιλέχθηκε το σχέδιο δημιουργίας, χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτη ύλη βλαστικά κύτταρα από τα έμβρυα των αφρικανικών βατράχων Xenopus laevis (εξ ου και το όνομα xenobot), τα οποία με τη βοήθεια μικροσκοπίου συνενώθηκαν με βάση το προτεινόμενο σχέδιο του υπολογιστή. Δημιουργήθηκαν έτσι μορφές ζωής που δεν υπάρχουν στη φύση και οι οποίες είναι σε θέση να κινούνται μόνες τους.

Όπως μερικά ζώα στη φύση μπορούν να αναγεννήσουν τα κομμένα μέρη τους, έτσι και το xenobot μπορεί μόνο του να αποκαταστήσει την ακεραιότητα του.

«Κόψαμε το βιολογικό ρομπότ σχεδόν στη μέση, όμως αυτό ξανακόλλησε τα δύο μέρη του και συνέχισε να προχωρά. Αυτό είναι κάτι που δεν μπορούν να κάνουν οι τυπικές μηχανές», ανέφερε ο Μπόγκαρντ.

A xenobot with four ‘limbs’. Photograph: Douglas Blackiston

«Από κυτταρική και γενετική άποψη τα xenobots είναι βάτραχοι. Το DNA τους προέρχεται κατά 100% από βατράχους, παρόλα αυτά δεν είναι βάτραχοι. Οπότε αναρωτιέται κανείς, τι άλλο αυτά τα κύτταρα μπορούν να φτιάξουν», δήλωσε ο Λέβιν.

Η πρωτοποριακή έρευνα χρηματοδοτείται μέσω του προγράμματος «Μηχανές Δια Βίου Μάθησης» από την πανταχού παρούσα Υπηρεσία Προηγμένων Αμυντικών Ερευνητικών Προγραμμάτων (DARPA) του Πενταγώνου των ΗΠΑ, η οποία προφανώς διαβλέπει και στρατιωτικές εφαρμογές.

Πηγές: Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin, and Josh Bongard. A scalable pipeline for designing reconfigurable organismsPNAS, 2020 DOI: 10.1073/pnas.1910837117 - https://www.wired.com/story/xenobot/ - https://www.cnn.gr/tech/story/203948/xenobots-ayta-einai-ta-prota-zontana-rompot