A Xenobots 2.0 megérkezett, és még mindig béka őssejtekkel fejlesztik

Ugyanaz a biológusokból és informatikusokból álló csapat a Tufts Egyetemről és a Vermonti Egyetemről, amely létrehozta a „Xenobotok” tavaly fejlesztették ki a Xenobots 2.0-t. A tavalyi verzió újszerű, apró öngyógyító biológiai gépek voltak, amelyeket békasejtekből hoztak létre, és képesek voltak navigálni, rakományokat tolni, és egyes esetekben kollektív egységként működtek.

Xenobots 2.0 

Az új Xenobots 2.0 olyan életformák, amelyek képesek önálló testet összeállítani egyetlen sejtből. Mozgásukhoz nincs szükség izomzatra, és még rögzíthető memóriával is rendelkeznek. Korábbi társaikhoz képest az új botok gyorsabban mozognak, még több környezetben navigálnak, és hosszabb az élettartamuk. Ugyanakkor továbbra is együtt tudnak dolgozni, és meggyógyítják magukat, ha megsérülnek. 

Az új kutatást ben tették közzé Tudományos robotika. 

A Xenobots 1.0-val a milliméteres méretű automatikát „felülről lefelé” építették fel, a szövetek kézi elhelyezésével, valamint a békabőr és a szívsejtek műtéti formázásával, ami mozgást generál. A technológia új verziójával „alulról felfelé” készültek.

Őssejteket vettek a Xenopus laevis nevű afrikai béka embrióiból, és ez lehetővé tette számukra, hogy önösszeálljanak és szferoidokká növekedjenek. Néhány nap elteltével a sejtek differenciálódtak, és olyan csillókat hoztak létre, amelyek előre-hátra mozogtak, vagy meghatározott módon forogtak.

Ezek a csillók olyan típusú „lábakkal” látják el az új botokat, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy gyorsan áthaladjanak a felületeken. A biológiai világban a csillók vagy apró szőrszerű kiemelkedések gyakran megtalálhatók a nyálkahártyákon, például a tüdőn. Segítenek az idegen anyagok és kórokozók kiszorításával, de a Xenobotokban gyors mozgást biztosítanak.

Michael Levin a biológia kiváló professzora és a Tufts Egyetem Allen Discovery Centerének igazgatója. A tanulmány levelező szerzője.

„Tanúi vagyunk a sejtkollektívák figyelemre méltó plaszticitásának, amelyek egy kezdetleges új „testet” építenek fel, amely teljesen eltér az alapértelmezetttől – jelen esetben egy békától – annak ellenére, hogy teljesen normális genomjuk van” – mondta Levin. „A békaembrióban a sejtek együttműködve ebihalat hoznak létre. Ebből a kontextusból kivéve azt látjuk, hogy a sejtek a genetikailag kódolt hardverüket, például a csillókat, új funkciókra, például mozgásra fordíthatják. Csodálatos, hogy a sejtek spontán módon képesek új szerepeket felvenni, új testterveket és viselkedési formákat létrehozni anélkül, hogy ezekre a tulajdonságokra hosszú evolúciós szelekciót igényelne.”

Doug Blackiston vezető tudós volt a tanulmány társszerzője Emma Lederer kutatótechnikussal együtt. 

„Bizonyos értelemben a Xenobotokat úgy építik fel, mint egy hagyományos robotot. Csak mi használunk sejteket és szöveteket mesterséges komponensek helyett az alak kialakításához és a kiszámítható viselkedés kialakításához." "A biológia szempontjából ez a megközelítés segít megérteni, hogyan kommunikálnak a sejtek, miközben a fejlődés során kölcsönhatásba lépnek egymással, és hogyan tudnánk jobban ellenőrizni ezeket a kölcsönhatásokat."

Az UVM-en a tudósok számítógépes szimulációkat fejlesztettek ki, amelyek a Xenobotok különböző formáit modellezték, amelyek segítettek azonosítani az egyénekben és csoportokban tapasztalt eltérő viselkedéseket. A csapat az UVM Vermont Advanced Computing Core Deep Green szuperszámítógép-fürtjére támaszkodott. 

Josh Bongard informatikusok és robotikai szakértő vezetésével a csapat egy evolúciós algoritmus segítségével több százezer környezeti feltételt talált ki. A szimulációkat ezután arra használták, hogy azonosítsák azokat a xenobotokat, amelyek képesek rajokban együttműködni, hogy összegyűjtsék a törmeléket a részecskék mezőjében.

Ismerjük a feladatot, de egyáltalán nem nyilvánvaló – az emberek számára –, hogy milyennek kell lennie egy sikeres tervezésnek. Itt jön be a szuperszámítógép, és átkutatja az összes lehetséges Xenobot-raj terét, hogy megtalálja azt a rajt, amelyik a legjobban végzi a munkát” – mondja Bongard. „Azt akarjuk, hogy a Xenobotok hasznos munkát végezzenek. Jelenleg egyszerű feladatokat adunk nekik, de végső soron egy újfajta élő eszközre törekszünk, amely képes például megtisztítani az óceánban lévő mikroműanyagokat vagy a talajban lévő szennyeződéseket.”

A robotok új verziója gyorsabban és hatékonyabban végez olyan feladatokat, mint a szemétgyűjtés, és már nagy, sík felületeket is lefednek. Az új frissítés magában foglalja azt a képességet is, hogy a Xenobot információkat rögzítsen.

Memória rögzítése és öngyógyítás

A technológia leglenyűgözőbb újdonsága az, hogy a botok képesek memóriát rögzíteni, amely aztán felhasználható a műveletek és viselkedések módosítására. Az újonnan kifejlesztett memóriafunkciót tesztelték, és a koncepció bizonyítása bebizonyította, hogy a jövőben kiterjeszthető a fény, a radioaktív szennyeződések jelenlétének, a vegyi szennyeződések és egyebek észlelésére és rögzítésére. 

"Amikor több képességet viszünk be a robotokba, a számítógépes szimulációk segítségével összetettebb viselkedést és bonyolultabb feladatok végrehajtását is megtervezhetjük" - mondta Bongard. „Lehetséges, hogy úgy tervezhetjük meg őket, hogy ne csak a környezetük állapotáról számoljanak be, hanem a környezetük állapotának módosítására és javítására is.”

A robotok új verziója is nagyon hatékonyan képes öngyógyítani, bizonyítva, hogy a súlyos, teljes hosszúságú sebek nagy részét a vastagságuk felénél mindössze öt percen belül képesek bezárni.

Az új Xenobotok azt a képességet hordozzák magukban, hogy akár tíz napig is túlélnek embrionális energiaraktáron, feladataik további energiaforrások nélkül is elvégezhetők. Ha különféle tápanyagokban tartják őket, akkor hónapokig teljes sebességgel működhetnek.