वैज्ञानिकों ने जीवित मेंढ़क कोशिकाओं को पुनः उपयोग करके विश्व के पहले जीवित रोबोट का विकास किया

जैविक जीवन और रोबोटिक्स के बीच एक उल्लेखनीय संयोजन में, वैज्ञानिकों की एक टीम ने जीवित मेंढ़क कोशिकाओं को पुनः उपयोग किया है और उन्हें “जेनोबोट्स” विकसित करने के लिए उपयोग किया है। कोशिकाएं मेंढ़क भ्रूण से आईं, और जेनोबोट्स केवल एक मिलीमीटर चौड़े हैं। वे एक लक्ष्य की ओर बढ़ने, संभवतः मानव शरीर के अंदर दवा जैसे पेलोड को उठाने और काटने या नुकसान के बाद स्वयं को ठीक करने में सक्षम हैं।

“वे नए जीवित मशीनें हैं,” जोशुआ बोंगार्ड के अनुसार, जो वरमोंट विश्वविद्यालय में एक कंप्यूटर वैज्ञानिक और रोबोटिक्स विशेषज्ञ हैं जिन्होंने नए शोध का नेतृत्व किया। “वे न तो एक पारंपरिक रोबोट हैं और न ही जानवर की एक ज्ञात प्रजाति है। यह एक नए वर्ग की कलाकृति है: एक जीवित, प्रोग्रामयोग्य जीव।”

वैज्ञानिकों ने वरमोंट विश्वविद्यालय में एक सुपरकंप्यूटर पर बॉट्स को डिज़ाइन किया, और टफ्ट्स विश्वविद्यालय में जीवविज्ञानियों के एक समूह ने उन्हें असेंबल और परीक्षण किया।

“हम इन जीवित रोबोटों के कई उपयोगी अनुप्रयोगों की कल्पना कर सकते हैं जो अन्य मशीनें नहीं कर सकती हैं,” सह-नेता माइकल लेविन कहते हैं, जो टफ्ट्स विश्वविद्यालय में रीजेनरेटिव और विकासवादी जीवविज्ञान केंद्र का निर्देशन करते हैं, “जैसे कि खराब यौगिकों या रेडियोधर्मी प्रदूषण की खोज, महासागरों में माइक्रोप्लास्टिक को इकट्ठा करना, धमनियों में यात्रा करना और प्लेक को स्क्रैप करना।”

शोध 13 जनवरी को नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज की प्रक्रिया में प्रकाशित हुआ था।

टीम के अनुसार, यह पहली बार है जब शोध ने “पूरी तरह से जैविक मशीनों को जमीन से ऊपर डिज़ाइन किया है।”

इसके लिए वरमोंट एडवांस्ड कंप्यूटिंग कोर में डीप ग्रीन सुपरकंप्यूटर क्लस्टर पर महीनों का प्रोसेसिंग समय लगा। टीम में लीड ऑथर और डॉक्टरल छात्र सैम क्रीगमैन शामिल थे, और उन्होंने नए जीवन रूपों के विकास के लिए एक विकासवादी एल्गोरिदम पर भरोसा किया।

जब कंप्यूटर को वैज्ञानिकों द्वारा दिए गए एक कार्य को पूरा करने का काम सौंपा गया, जैसे कि एक दिशा में लोकोमोशन, तो यह कुछ सौ सिम्युलेटेड सेल्स को विभिन्न रूपों और शरीर के आकार में लगातार फिर से इकट्ठा करता था। जैसे ही प्रोग्राम चले, सबसे सफल सिम्युलेटेड जीवों को बनाए रखा और परिष्कृत किया गया। एल्गोरिदम स्वतंत्र रूप से सौ बार चला, और सर्वोत्तम डिज़ाइनों को परीक्षण के लिए चुना गया।

टफ्ट्स में लेविन के नेतृत्व में एक टीम, जिसमें माइक्रोसर्जन डगलस ब्लैकिस्टन की मदद से, परियोजना को आगे बढ़ाया। उन्होंने डिज़ाइनों को जीवन के अगले चरण में स्थानांतरित किया। टीम ने अफ्रीकी मेंढ़कों के भ्रूण से स्टेम सेल्स को इकट्ठा किया, जीनस एक्सेनोपस लेविस। एकल कोशिकाओं को अलग किया गया और सूक्ष्मदर्शी के नीचे कंप्यूटर द्वारा बनाए गए डिज़ाइनों में जोड़ने के लिए छोटे पिंसर और एक इलेक्ट्रोड का उपयोग किया गया।

कोशिकाओं को सभी नए शरीर रूपों में इकट्ठा किया गया, और वे एक साथ काम करना शुरू कर दिया। त्वचा कोशिकाएं एक अधिक निष्क्रिय निर्माण में विकसित हुईं और हृदय की मांसपेशियों की कोशिकाएं कंप्यूटर के डिज़ाइन के अनुसार अनुक्रमित आगे की गति बनाने के लिए जिम्मेदार थीं। रोबोट स्वत: संगठित पैटर्न के कारण अपने आप चल सकते थे।

जीव एक सुसंगत तरीके से चल सकते थे, और वे दिनों या हफ्तों तक अपने जलवायु पर्यावरण का अन्वेषण करते थे। वे भ्रूण ऊर्जा भंडार पर निर्भर थे, लेकिन वे उल्टे होने पर विफल हो गए।

“यह बुद्धिमान दवा वितरण के लिए कंप्यूटर-डिज़ाइन किए गए जीवों का उपयोग करने की दिशा में एक कदम है,” बोंगार्ड कहते हैं, जो वरमोंट विश्वविद्यालय के कंप्यूटर विज्ञान और जटिल सिस्टम सेंटर विभाग में एक प्रोफेसर हैं।

चूंकि जेनोबोट्स जीवित प्रौद्योगिकियां हैं, इसलिए उनके पास कुछ फायदे हैं।

“जीवित ऊतक का नुकसान यह है कि यह कमजोर है और यह खराब हो जाता है,” बोंगार्ड कहते हैं। “यही कारण है कि हम स्टील का उपयोग करते हैं। लेकिन जीवों के पास 4.5 अरब वर्षों का अभ्यास है जो स्वयं को पुन: उत्पन्न करने और दशकों तक जारी रखने में है। ये जेनोबोट्स पूरी तरह से बायोडिग्रेडेबल हैं,” वे जारी रखते हैं। “जब वे अपने काम के साथ किए जाते हैं तो वे सिर्फ मृत त्वचा कोशिकाएं हैं।”

यह विकास भविष्य के लिए बड़े परिणाम होंगे।

“यदि मानवता भविष्य में जीवित रहने जा रही है, तो हमें यह बेहतर ढंग से समझने की आवश्यकता है कि जटिल गुण कैसे सरल नियमों से उत्पन्न होते हैं,” लेविन कहते हैं। “विज्ञान का अधिकांश हिस्सा निम्न-स्तरीय नियमों को नियंत्रित करने पर केंद्रित है। हमें उच्च-स्तरीय नियमों को भी समझने की आवश्यकता है। यदि आप दो चिमनी के साथ एक एंथिल चाहते हैं तो आप कीड़ों को कैसे संशोधित करेंगे? हमें कोई पता नहीं होगा। “

“मुझे लगता है कि यह समाज के लिए आगे बढ़ने के लिए एक पूर्ण आवश्यकता है कि हम जटिल प्रणालियों पर एक बेहतर पकड़ प्राप्त करें जहां परिणाम बहुत जटिल है। ऐसा करने का पहला कदम यह है कि हम अन्वेषण करें: जीवित प्रणालियां कैसे निर्धारित करती हैं कि कुल व्यवहार क्या होना चाहिए और हम क्या चाहते हैं उन व्यवहारों को प्राप्त करने के लिए टुकड़ों को कैसे मैनिपुलेट करें?”

“यह अध्ययन अनचाहे परिणामों से जो लोग डरते हैं, उनके लिए सीधे योगदान है, चाहे वह स्व-ड्राइविंग कारों का तेजी से आगमन हो, जीन ड्राइव्स को बदलना जो वायरस की पूरी लाइनों को मिटा देता है, या अन्य जटिल और स्वायत्त प्रणालियों की संख्या जो मानव अनुभव को आकार देने के लिए बढ़ती रहेगी।”

“जीवन में इतनी सारी अंतर्निहित रचनात्मकता है,” वरमोंट के जोश बोंगार्ड कहते हैं। “हम इसे गहराई से समझना चाहते हैं – और हम इसे नई दिशाओं में कैसे निर्देशित और धक्का दे सकते हैं।”