생체 로봇 개발을 위한 개구리 세포의 재활용

생명과 로봇의驚異的な融合である新しい研究에서, 과학자들은 개구리 세포를 재활용하여 “제노봇”을 개발했습니다. 이 세포들은 개구리 배아에서 나왔으며, 제노봇은 단지 1mm의 너비를 가지고 있습니다. 그들은 목표를 향해 이동할 수 있으며, 인체 내부의 약물을 운반하거나, 자체적으로 손상되거나 절단된 후에 회복될 수 있습니다.

“이것들은 새로운 생명 기계입니다,” 버몬트 대학교의 컴퓨터 과학자이자 로봇 전문가인 조슈아 봉가드(Joshua Bongard)가 말합니다. “이것들은 전통적인 로봇이나 알려진 동물 종이 아닙니다. 이것은 새로운 종류의 유기체입니다: 프로그래밍 가능한 생명체.”

과학자들은 버몬트 대학교의 슈퍼컴퓨터에서 봇을 설계했으며, 터프츠 대학교의 생물학자들은 그것들을 조립하고 테스트했습니다.

“우리는 이러한 생명 로봇이 다른 기계가 할 수 없는 많은 유용한 응용 프로그램을 상상할 수 있습니다,” 터프츠 대학교의 조직 재생 및 발달 생물학 센터를 이끄는 마이클 레빈(Michael Levin)이 말합니다. “예를 들어, 유해한 화합물이나 방사성 오염 물질을 찾거나, 바다에서 미세 플라스틱을 수거하거나, 동맥에서 플라크를 제거하기 위해 여행할 수 있습니다.”

이 연구는 1월 13일에 미국 과학 아카데미 회보에 발표되었습니다.

과학자 팀에 따르면, 이것은 처음으로 “완전히 생물학적인 기계를 지面에서 설계”한 것입니다.

버몬트 대학교의 Deep Green 슈퍼컴퓨터 클러스터에서 몇 개월 동안 처리 시간이 걸렸습니다. 팀에는 리드 저자이자 박사 과정 학생인 샘 크리그만(Sam Kriegman)이 포함되어 있었으며, 그들은 새로운 생명체를 개발하기 위해 진화 알고리즘에 의존했습니다.

컴퓨터가 과학자들이 주는 작업, 예를 들어 한 방향으로의 이동,을 완료하도록 지시했을 때, 컴퓨터는 수백 개의 시뮬레이션된 세포를 계속해서 다른 형태와 몸의 형태로 재조립했습니다. 프로그램이 실행될수록, 가장 성공적인 시뮬레이션된 유기체가 유지되고 개선되었습니다. 알고리즘은 100번 독립적으로 실행되었으며, 가장 좋은 설계가 테스트를 위해 선택되었습니다.

터프츠 대학교의 팀은 레빈과 미세 외과 의사 더글러스 블랙스톤(Douglas Blackiston)의 도움을 받아 프로젝트를 tiếp수했습니다. 그들은 설계를 다음 단계로 옮겼습니다. 즉, 생명입니다. 팀은 아프리카 개구리, Xenopus laevis의 배아에서 수확한 줄기 세포를 수집했습니다. 개별 세포는 분리되어 배양되었으며, 컴퓨터가 만든 설계에 따라 미세한 집게와 전극을 사용하여 현미경 아래에서 결합되었습니다.

세포는 모든 새로운 몸의 형태로 조립되었으며, 함께 작동하기 시작했습니다. 피부 세포는 더 수동적인 구성을 개발했으며, 심장 근육 세포는 컴퓨터의 설계에 따라 정렬된 전진 운동을 생성하는 데 책임이 있었습니다. 로봇은 자발적인 자기 조직 패턴으로 인해 스스로 이동할 수 있었습니다.

유기체는 일관된 방식으로 이동할 수 있었으며, 수일 또는 수주 동안 수중 환경을 탐색했습니다. 그들은 배아 에너지 저장소를 사용했지만, 등을 뒤집으면 실패했습니다.

“이것은 지능형 약물 전달을 위한 컴퓨터 설계 유기체를 사용하는 단계입니다,” 봉가드가 말합니다.

생명 로봇은 특정 장점이 있습니다.

“생체 조직의 단점은 약하고 분해된다는 것입니다. 그것이 우리가 강철을 사용하는 이유입니다. 그러나 유기체는 4.5억 년 동안 자신을 재생성하고 수십 년 동안 지속할 수 있는 연습을 했습니다. 이러한 제노봇은 완전히 생분해 가능합니다. 그들이 7일 후에 작업을 완료하면, 그것들은 단지 죽은 피부 세포입니다,” 봉가드가 계속합니다.

이 개발은 미래에 큰 영향을 미칠 것입니다.

“인간이 미래에 생존하기 위해서는, 우리는 복잡한 속성이 어떻게 단순한 규칙에서 나타나는지 더 잘 이해해야 합니다,” 레빈이 말합니다. “과학의 대부분은 낮은 수준의 규칙을 제어하는 것에 초점이 맞춰져 있습니다. 우리는 또한 높은 수준의 규칙을 이해해야 합니다. 만약 당신이 두 개의 굴을 가진 개미 언덕을 원한다면, 어떻게 개미를 수정합니까? 우리는 아무 것도 모를 것입니다.”

“나는 이것이 사회가 앞으로 나아가기 위한 절대적인 필요성이라고 생각합니다. 결과가 매우 복잡한 시스템을 다루는 것입니다. 그것을 하는 첫 번째 단계는, 생명 시스템이 전체적인 행동을 결정하는 방법과 우리가 원하는 행동을 얻기 위해 조각을 조작하는 방법을 탐구하는 것입니다?”

“이 연구는 사람들이 두려워하는 것, 즉 예기치 않은 결과에 대한 직접적인 기여입니다. 자율 주행 자동차의 빠른 도입, 바이러스의 전체 계보를 제거하기 위한 유전자 구동의 변경, 또는 인간의 경험을 점점 더 형성할 복잡한 자율 시스템 등입니다.”

“생명에는 모든 종류의 내재된 창의력이 있습니다,” 버몬트 대학교의 조슈아 봉가드(Josh Bongard)가 말합니다. “우리는 그것을 더 깊이 이해하고, 새로운 형태로 어떻게 направ이고 밀어붙일 수 있는지 알고 싶습니다.”