Wissenschaftler erstellen erste selbstreplizierende, lebende Roboter

Wissenschaftler an der University of Vermont, der Tufts University und dem Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University haben die ersten selbstreplizierenden lebenden Roboter erstellt. Die Erfindung folgte der Entdeckung einer neuen Form der biologischen Reproduktion.

Die Ergebnisse der Forschung wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences.

Lebende Xenobots

Das Team ist dasselbe, das die ersten lebenden “Xenobots” gebaut hat, und sie entdeckten, dass die computerentworfenen und von Hand montierten Organismen in der Lage sind, in ihre winzige Schale zu schwimmen, um einzelne Zellen zu finden. Sie sammeln dann hunderte davon, um “Baby”-Xenobots zu bauen, die nach nur wenigen Tagen zu regulären Xenobots werden.

Die neuen Xenobots können dann losgehen und Kopien von sich selbst bauen, diesen Prozess wiederholend.

Joshua Bongard, Ph.D., ist ein Computerwissenschaftler und Roboter-Experte an der University of Vermont. Er leitete die Forschung.

“Mit dem richtigen Design – sie werden spontan selbstreplizieren”, sagte Bongard.

Das Team zog Inspiration aus der Xenopus laevis-Frosch, bei dem embryonale Zellen sich zu Haut entwickeln.

Michael Levin, Ph.D., ist Professor für Biologie und Direktor des Allen Discovery Center an der Tufts University und Co-Leiter der neuen Forschung. Er ist auch Associate Faculty-Mitglied am Wyss Institute.

“Sie würden auf der Außenseite eines Frosches sitzen, Pathogene fernhalten und Schleim umverteilen”, sagte Levin. “Aber wir setzen sie in einen neuen Kontext. Wir geben ihnen die Chance, ihre Multizellulärität neu zu erfinden.”

Douglas Blackiston, Ph.D., ist Co-Autor der Forschung und Senior-Wissenschaftler an der Tufts University und dem Wyss Institute. Er war verantwortlich für die Montage der Xenobot-“Eltern” und die Entwicklung des biologischen Teils der Studie.

“Die Leute haben lange gedacht, dass wir alle Wege herausgefunden haben, wie das Leben reproduziert oder repliziert werden kann. Aber das ist etwas, das noch nie zuvor beobachtet wurde”, sagte Blackiston.

“Das ist tiefgreifend”, fuhr Levin fort. “Diese Zellen haben das Genom eines Frosches, aber, befreit von der Entwicklung zu Froschlarven, nutzen sie ihre kollektive Intelligenz, eine Plastizität, um etwas Erstaunliches zu tun.”

Spontane Replikation

Frühere Experimente zeigten, wie Xenobots entworfen werden können, um einfache Aufgaben zu erfüllen, aber die neuen zeigen, wie die biologischen Objekte spontan replizieren können.

“Wir haben das vollständige, unveränderte Frosch-Genom, aber es gibt keinen Hinweis darauf, dass diese Zellen zusammenarbeiten können, um diese neue Aufgabe zu erfüllen”, sagte Levin.

Sam Kriegman, Ph.D., ist der Hauptautor der Studie.

“Das sind Froschzellen, die auf eine Weise replizieren, die sehr unterschiedlich ist von der, wie Frosche es tun. Kein Tier oder Pflanze, das der Wissenschaft bekannt ist, repliziert sich auf diese Weise”, sagte Kriegman.

Eine der größten Durchbrüche in dieser Forschung war die Demonstration der kinematischen Replikation, die noch nie auf der Ebene ganzer Zellen oder Organismen beobachtet wurde.

Da dies völlig neues Territorium innerhalb der Robotik ist, reagiert das Team auf das Risiko, das mit dieser Technologie verbunden ist.

“Wir arbeiten daran, diese Eigenschaft zu verstehen: Replikation. Die Welt und die Technologien ändern sich schnell. Es ist wichtig, dass wir verstehen, wie dies funktioniert”, sagte Bongard. “Die Roboter sind es nicht, die mich nachts wach halten. Was Risiken birgt, ist die nächste Pandemie; der beschleunigte Schaden an den Ökosystemen durch Verschmutzung; die zunehmenden Bedrohungen durch den Klimawandel. Dies ist ein ideales System, um selbstreplizierende Systeme zu studieren. Wir haben eine moralische Verpflichtung, die Bedingungen zu verstehen, unter denen wir es kontrollieren, lenken, löschen oder übertrieben können.”

Die lebenden Roboter werden vollständig in einem Labor gehalten, können leicht ausgelöscht werden und werden von Bundes-, Landes- und institutionellen Ethik-Experten geprüft.

Das Team sieht viele mögliche Anwendungen für diese Technologie, einschließlich regenerativer Medizin.

“Wenn wir wüssten, wie wir Zellkollektiven sagen können, was wir von ihnen wollen, letztendlich, das ist regenerative Medizin – das ist die Lösung für traumatische Verletzungen, Geburtsfehler, Krebs und Alter”, sagte Levin. “All diese verschiedenen Probleme sind hier, weil wir nicht wissen, wie wir vorhersagen und kontrollieren können, was Gruppen von Zellen bauen werden. Xenobots sind eine neue Plattform, um uns zu lehren.”