Xenobots 2.0 jsou zde a stále vyvíjeny s použitím kmenových buněk žab

Týždžn tým biologů a počítačových vědců z Tufts University a University of Vermont, kteří vytvořili „Xenobots“ minulý rok, nyní vyvinuli Xenobots 2.0. Minulé verze byly novými, malými biologickými stroji vytvořenými z buněk žab, a mohli navigovat, tlačit náklady a jednat jako kolektivní jednotka v některých případech.

Xenobots 2.0

Nové Xenobots 2.0 jsou životní formy, které mohou samy sestavit tělo z jednotlivých buněk. Nevyžadují svaly k pohybu a dokonce prokázaly zaznamenatelnou paměť. Ve srovnání se svými předchozími protějšky se nové boty pohybují rychleji, navigují v ještě více prostředích a mají delší životnost. Současně mohou stále pracovat společně a léčit se, když jsou poškozeny.

Nový výzkum byl zveřejněn v Science Robotics.

S Xenobots 1.0 byly milimetrové automaty sestaveny „shora dolů“, s manuálním umístěním tkáně a chirurgickým tvarováním kůže a srdečních buněk žab, které produkují pohyb. S novou verzí technologie byly sestaveny „zdola nahoru“.

Kmenové buňky byly získány z embryí africké žáby Xenopus laevis, a to umožnilo jim samy sestavit a růst do sféroidů. Po několika dnech se buňky diferencovaly a produkovaly cílie, které se pohybovaly tam a zpět nebo rotují určitým způsobem.

Tyto cílie poskytují novým botům typ „noh“, který jim umožňuje rychle cestovat po površích. V biologickém světě se cílie, nebo malé chloupky, často nacházejí na sliznicích, jako jsou plíce. Pomáhají tím, že odstraňují cizí materiály a patogeny, ale u Xenobots poskytují rychlou lokomoci.

Michael Levin je Distinguished Professor of Biology a ředitel Allen Discovery Center na Tufts University. Je korespondenčním autorem studie.

“Svědčíme o pozoruhodné plasticitě buněčných kolektivů, které vytvářejí základní nové „tělo“, které je bastante odlišné od jejich výchozího – v tomto případě žáby – navzdory tomu, že mají zcela normální genom,” řekl Levin. “V embryu žáby spolupracují buňky, aby vytvořily pulce. Zde, oddělené od tohoto kontextu, vidíme, že buňky mohou znovu použít své geneticky zakódované hardwarové vybavení, jako jsou cílie, pro nové funkce, jako je lokomoce. Je úžasné, že buňky mohou spontánně převzít nové role a vytvořit nové tělesné plány a chování bez dlouhých období evolučního výběru pro tyto funkce.”

Senior scientist Doug Blackiston byl spolu s výzkumnou technikem Emmou Lederer prvním autorem studie.

“Jedním způsobem jsou Xenobots sestaveny podobně jako tradiční robot. Pouze místo umělých komponentů používáme buňky a tkáně k vytvoření tvaru a vytváření předvídatelného chování.” řekl Blackiston “Na biologické straně nám tento přístup pomáhá pochopit, jak buňky komunikují, když interagují navzájem během vývoje, a jak bychom mohli lépe kontrolovat tyto interakce.”

Na UVM vědci vyvíjeli počítačové simulace, které modelovaly různé tvary Xenobots, což pomohlo identifikovat různé chování, které se vyskytly u jedinců a skupin. Tým se spoléhal na superpočítač Deep Green v Vermont Advanced Computing Core.

Vedený počítačovými vědci a odborníkem na robotiku Joshem Bongardem tým vytvořil pomocí evolučního algoritmu stovky tisíc environmentálních podmínek. Simulace byly poté použity k identifikaci Xenobots, které mohly pracovat společně ve smečkách, aby shromáždily odpad v poli částic.

Víme, co je úkolem, ale není vůbec zřejmé – pro lidi – jak by měl vypadat úspěšný design. To je místo, kde superpočítač přichází a prohledává prostor všech možných Xenobotů, aby našel smečku, která nejlépe vykonává úkol,” říká Bongard. “Chceme, aby Xenobots vykonávaly užitečnou práci. V současné době jim dáváme jednoduché úkoly, ale nakonec cílíme na nový typ živého nástroje, který by mohl, například, čistit mikroplasty v oceánu nebo kontaminanty v půdě.”

Nová verze botů je rychlejší a efektivnější při úkolech, jako je sběr odpadu, a mohou nyní pokrývat velké ploché povrchy. Nová aktualizace také zahrnuje schopnost Xenobotů zaznamenat informace.

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

Záznam paměti a samo-léčení

Nejpůsobivější nová funkce technologie je schopnost botů zaznamenat paměť, která může být poté použita k modifikaci jejich akcí a chování. Nově vyvinutá paměťová funkce byla testována a demonstrace konceptu prokázala, že může být v budoucnu prodloužena na detekci a záznam světla, přítomnost radioaktivní kontaminace, chemických znečišťujících látek a další.

“Když do botů přidáme více schopností, můžeme použít počítačové simulace k jejich návrhu s komplexnějším chováním a schopností vykonávat složitější úkoly,” řekl Bongard. “Mohli bychom je potenciálně navrhnout tak, aby nejen hlásily podmínky ve svém prostředí, ale také modifikovaly a opravovaly podmínky ve svém prostředí.”

Nová verze robotů je také schopna samo-léčit se velmi efektivně, což demonstruje, že jsou schopny uzavřít většinu vážné plné délky poranění poloviny své tloušťky během pouhých pěti minut.

Nové Xenobots si ponechávají schopnost přežít až deset dní na embryonálních energetických zásobách, a jejich úkoly mohou být vykonány bez dalších energetických zdrojů. Pokud jsou udržovány v různých výživných látkách, mohou pokračovat na plnou rychlost po měsíce.