Xenobots 2.0 هنا والمتطور مع الخلايا الجذعية للبرمائيات

الفرق نفسه من الأحيائيين وعلماء الحاسوب من جامعة Tufts وجامعة Vermont الذي أنشأ “Xenobots” في العام الماضي قد طور الآن Xenobots 2.0. كانت نسخة العام الماضي روبوتات حية صغيرة ذاتية العلاج تم إنشاؤها من خلايا البرمائيات، ويمكنها التنقل، ودفع الحمولات، والعمل كوحدة جماعية في بعض الحالات.

Xenobots 2.0

Xenobots الجديدة 2.0 هي كائنات حية يمكنها تجميع جسم من الخلايا المفردة. لا تتطلب عضلات للحركة، وقد أظهرت حتى ذاكرة مسجلة. بالمقارنة مع رفاقهم السابقين، يتحرك البوتات الجديدة بشكل أسرع، ويتنقل في بيئات أكثر، ولهم أعمار أطول. وفي الوقت نفسه، يمكنهم العمل معًا وشفاء أنفسهم عند التلف.

نشرت الأبحاث الجديدة في Science Robotics.

مع Xenobots 1.0، تم بناء الآليات الحجم المليمتري “من أعلى إلى أسفل”، مع وضع الأنسجة اليدوي وتشكيل الجلد والخلايا القلبية للبرمائيات، مما ينتج الحركة. مع الإصدار الجديد من التكنولوجيا، تم بناؤها “من أسفل إلى أعلى”.

تم اخذ الخلايا الجذعية من أجنة البرمائيات الأفريقية تسمى Xenopus laevis، وهذا مكنهم من التجميع الذاتي والنمو إلى كرات. بعد بضعة أيام، تمايزت الخلايا وأنتجت سيلا تنتقل إلى الأمام والخلف أو تدور بطريقة معينة.

توفير هذه السيلا للبوتات الجديدة نوعًا من “الأرجل” التي تمكنهم من السفر بسرعة عبر الأسطح. في العالم البيولوجي، السيلا، أو Extensions الشعرية الصغيرة، غالبًا ما توجد على الأسطح المخاطية مثل الرئتين. تساعد من خلال دفع المواد الغريبة والممراضة، ولكن في Xenobots، توفر الحركة السريعة.

مايكل ليفين هو أستاذ متميز في الأحياء ومدير مركز الاكتشاف آلين في جامعة Tufts. هو المؤلف الرئيسي للدراسة.

“نحن نشهد المرونة الرائعة للمجمعات الخلوية، التي تبني جسمًا جديدًا بدائيًا يختلف تمامًا عن الافتراضي – في هذه الحالة، البرمائيات – على الرغم من وجود جينوم طبيعي تمامًا”، قال ليفين. “في جنين البرمائيات، تعمل الخلايا معًا لإنشاء طفيل. هنا، بعد إزالتها من السياق، نرى أن الخلايا يمكنها إعادة توجيه الأجهزة المحددة جينيًا، مثل السيلا، لأداء وظائف جديدة مثل الحركة. من المذهل أن الخلايا يمكنها اتخاذ أدوار جديدة وتكوين مخططات جسمية وسلوكيات جديدة دون فترات طويلة من الانتخاب الطبيعي لهذه الميزات”.

العالم الأعلى دوغ بلاكستون كان المؤلف الأول المشترك للدراسة مع الفني البحثي إيما ليدرر.

“بطرق معينة، يتم بناء Xenobots مثل الروبوت التقليدي. فقط نحن نستخدم الخلايا والأنسجة بدلاً من المكونات الاصطناعية لبناء الشكل وتكوين السلوك المتوقع”، قال بلاكستون “من الناحية البيولوجية، هذا النهج يساعدنا على فهم كيفية تواصل الخلايا مع بعضها البعض أثناء التفاعل مع بعضها البعض أثناء التطور، وكيف يمكننا التحكم في هذه التفاعلات بشكل أفضل”.

في جامعة Vermont، كان العلماء يطورون محاكاة حاسوبية نمذجت أشكالًا مختلفة من Xenobots، مما ساعد في تحديد السلوكيات المختلفة التي تم عرضها في الأفراد والجماعات. اعتمد الفريق على кластер الحوسبة الفائقة Deep Green في Vermont Advanced Computing Core.

بقيادة علماء الحاسوب وخبراء الروبوتات جوش بونغارد، تم تطوير المئات من الآلاف من الظروف البيئية من خلال استخدام خوارزمية تطورية. ثم تم استخدام المحاكاة لتحديد Xenobots التي يمكنها العمل معًا في أسراب لجمع الحطام في حقل من الجسيمات.

نحن نعرف المهمة، ولكنها ليست واضحة على الإطلاق – بالنسبة للأشخاص – ما يجب أن يبدو عليه تصميم ناجح. هذا هو حيث يأتي الحاسوب الفائق ويتجول في مساحة جميع Xenobots الممكنة للعثور على السرب الذي يقوم بالوظيفة على أفضل وجه”، يقول بونغارد. “نريد Xenobots أن يقوموا بأعمال مفيدة. حاليًا، نحن نعطيهم مهام بسيطة، ولكن في النهاية، نهدف إلى أداة حية جديدة يمكنها، على سبيل المثال، تنظيف الميكروبلاستيك في المحيط أو الملوثات في التربة”.

الإصدار الجديد من البوتات أسرع وأكثر كفاءة في المهام مثل جمع القمامة، ويمكنهم الآن تغطية أسطح مسطحة كبيرة. يتضمن التحديث الجديد أيضًا القدرة على تسجيل المعلومات.

https://www.youtube.com/watch?v=g_eLsiAv8w4&feature=emb_title

تسجيل الذاكرة والشفاء الذاتي

الميزة الجديدة الأكثر إثارة للإعجاب للتكنولوجيا هي القدرة على تسجيل الذاكرة، والتي يمكن استخدامها لتعديل أفعالها وسلوكياتها. تم اختبار الوظيفة الجديدة لتسجيل الذاكرة وتم إثبات概念ها، ويمكن توسيعها في المستقبل لاكتشاف وتسجيل الضوء، وجود التلوث الإشعاعي، الملوثات الكيميائية، وغيرها.

“عندما نrought المزيد من القدرات إلى البوتات، يمكننا استخدام المحاكاة الحاسوبية لتصميمها مع سلوكيات أكثر تعقيدًا والقدرة على أداء مهام أكثر تعقيدًا”، قال بونغارد. “يمكننا تصميمها ليس فقط للإبلاغ عن الظروف في بيئتها، ولكن أيضًا لتعديل وإصلاح الظروف في بيئتها”.

الإصدار الجديد من الروبوتات يمكنه أيضًا الشفاء الذاتي بفعالية، مما يدل على أنه يمكنه إغلاق معظم الجروح الشديدة بطول نصف سمكها في غضون خمس دقائق.

تتضمن Xenobots الجديدة القدرة على البقاء على قيد الحياة لمدة تصل إلى عشرة أيام على مخازن الطاقة الجنينية، ويمكن أداء مهامها بدون مصادر طاقة إضافية. إذا تم الاحتفاظ بها في مغذيات مختلفة، يمكنها الاستمرار بسرعة كاملة لعدة أشهر.