Xenobots 2.0 ovat täällä ja kehitetty edelleen sammakon alkusolujen avulla

Samat biologit ja tietojenkäsittelytieteilijät Tuftsin yliopistosta ja Vermontin yliopistosta, jotka loivat “Xenobots”:n viime vuonna, ovat nyt kehittäneet Xenobots 2.0:n. Viime vuoden versio oli uudenlainen, pieni, itsestään parantava biologinen kone, joka tehtiin sammakon soluista, ja se pystyi navigoimaan, työntämään kuormia ja toimimaan yksikkönä joissakin tapauksissa.

Xenobots 2.0

Uudet Xenobots 2.0 ovat eläviä olentoja, jotka voivat itse koota kehon yksittäisistä soluista. Niiden ei tarvitse lihaksia liikkua, ja ne ovat jopa osoittaneet muistin. Vertailukohtana edellisiin, uudet robotit liikkuvat nopeammin, navigoivat useammassa ympäristössä ja elävät pidempään. Samalla ne voivat edelleen toimia yhdessä ja parantaa itseään vahingoittuessaan.

Uusi tutkimus julkaistiin Science Robotics-julkaisussa.

Xenobots 1.0:lla millimetrien kokoiset automaatiot rakennettiin “ylhäältä alas” kudoksen ja kirurgisen muotoilun avulla sammakon ihmis- ja sydän soluista, jotka tuottavat liikkeen. Uudessa versiossa teknologiaa rakennettiin “alhaalta ylös”.

Alkusolut otettiin afrikkalaisen sammakon Xenopus laevis:n alkioista, mikä mahdollisti niiden itsekoostumisen ja kasvamisen sfääreiksi. Muutaman päivän kuluttua solut erikoistuivat ja tuottivat siimoja, jotka liikkuivat edestakaisin tai pyörivät tietynlaisella tavalla.

Nämä siimat tarjoavat uusille roboteille “jalkojen” kaltaisen liikkumismahdollisuuden, joka mahdollistaa nopean liikkumisen pinnoilla. Biologisessa maailmassa siimoja eli pieniä karvamaisia ulokkeita löytyy usein limakalvoilta, kuten keuhkoista. Ne auttavat ulostamalla vierasaineita ja patogeneja, mutta Xenoboteissa ne tarjoavat nopean liikkumisen.

Michael Levin on Tuftsin yliopiston biologian kunniaprofessori ja Allen Discovery Centerin johtaja. Hän on tutkimuksen vastaava tekijä.

“Havaitsemme solukokoonpanojen hämmästyttävää muovautumiskykyä, joka luo uuden, yksinkertaisen ‘ruumiin’, joka on hyvin erilainen kuin sen oletusarvoinen – tässä tapauksessa sammakko – vaikka sillä on täysin normaali genomi,” Levin sanoi. “Sammakon alkiossa solut tekevät yhteistyötä luodakseen tadpolen. Tässä, poistettuna tästä kontekstista, näemme, että solut voivat uudelleenohjata geneettisesti koodattua laitteistoaan, kuten siimoja, uusien toimintojen, kuten liikkumisen, toteuttamiseksi. On hämmästyttävää, että solut voivat ottaa itselleen uusia rooleja ja luoda uusia kehoja ja käyttäytymismalleja ilman pitkiä evoluution valintajaksoja näille ominaisuuksille.”

Vanhempi tutkija Doug Blackiston oli tutkimuksen yhteinen ensimmäinen tekijä tutkimusavustajan Emma Ledererin kanssa.

“Jollain tavoin Xenobots on rakennettu samalla tavalla kuin perinteinen robotti. Ainoastaan käytämme soluja ja kudoksia rakentaaksemme muodon ja luodaksemme ennustettavaa käyttäytymistä,” Blackiston sanoi. “Biologian kannalta tämä lähestymistapa auttaa meitä ymmärtämään, miten solut viestivät toisiinsa kehityksen aikana ja miten voimme paremmin ohjata näitä vuorovaikutuksia.”

UVM:ssä tutkijat kehittivät tietokonesimulaatioita, jotka mallinsivat erilaisia Xenobots-muotoja, mikä auttoi tunnistamaan erilaisia käyttäytymismalleja, joita yksilöillä ja ryhmillä havaittiin. Tiimi turvautui UVM:n Vermont Advanced Computing Core -yksikön Deep Green -supertietokoneklusteriin.

Tietokoneen tutkija ja robotti-asiantuntija Josh Bongardin johdolla tiimi loi satoja tuhansia erilaisia ympäristöolosuhteita evoluutiokäyrän avulla. Simulaatioita käytettiin Xenobotsin tunnistamiseen, jotka voivat toimia parvissa keräämään roskaa hiukkaspilvessä.

Tiedämme tehtävän, mutta se ei ole lainkaan ilmiselvää – ihmisille – miltä onnistunut suunnittelun tulisi näyttää. Siinä kohtaa superkone tulee ja etsii kaikkien mahdollisten Xenobots-parvien avaruutta ja löytää parven, joka tekee työn parhaiten,” Bongard sanoo. “Haluumme, että Xenobots tekevät hyödyllistä työtä. Tällä hetkellä annamme niille yksinkertaisia tehtäviä, mutta lopulta pyrimme uudenlaisiin eläviin työkaluihin, jotka voisivat esimerkiksi puhdistaa mikromuoveja valtamerestä tai puhdistaa saasteita maasta.”

Uudet robotit ovat nopeampia ja tehokkaampia tehtävissä, kuten roskan keräämisessä, ja ne voivat nyt peittää laajoja tasaisia pintoja. Uudessa päivityksessä on myös Xenobotsin kyky tallentaa tietoja.

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

Tallentaminen ja itseparantuminen

Uuden teknologian vaikuttavin uusi ominaisuus on robottien kyky tallentaa tietoja, joita voidaan käyttää muuttamaan niiden toimintaa ja käyttäytymistä. Uuden muistitoiminnon testaus osoitti, että se voidaan laajentaa tulevaisuudessa havaitsemaan ja tallentamaan valoa, radioaktiivista saastetta, kemikaalijäämiä ja paljon muuta.

“Kun tuomme lisää ominaisuuksia roboteille, voimme käyttää tietokonesimulaatioita suunnitella niitä monimutkaisemmilla käyttäytymisillä ja kyvyllä suorittaa monimutkaisempia tehtäviä,” Bongard sanoi. “Voisimme suunnitella ne ilmoittamaan olosuhteista ympäristössään ja muokkaamaan ja korjaamaan olosuhteita ympäristössään.”

Uudet robotit pystyvät myös parantamaan itsensä erittäin tehokkaasti, osoittaen, että ne pystyvät sulkeemaan useimmat vakavat haavat, jotka ovat puolittain paksut, vain viiden minuutin kuluessa.

Uudet Xenobots säilyttävät kykynsä selviytyä jopa kymmenen päivää alkioravinnon varassa, ja niiden tehtävät voidaan suorittaa ilman lisäenergialähteitä. Jos ne pidetään erilaisissa ravinnossa, ne voivat jatkaa täydellä vauhdilla kuukausien ajan.