Wetenschappers creëren eerste zelfreplicerende, levende robots

Wetenschappers aan de University of Vermont, Tufts University en het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van de Harvard University hebben de eerste zelfreplicerende, levende robots gecreëerd. De creatie volgde op de ontdekking van een nieuwe vorm van biologische reproductie.

De resultaten van het onderzoek werden gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences.

Levende Xenobots

Het team is hetzelfde dat de eerste levende “Xenobots” bouwde en ontdekte dat de computer-ontworpen en handmatig geassembleerde organismen in staat zijn om te zwemmen in hun kleine schotel om enkele cellen te vinden. Ze verzamelen dan honderden van hen om “baby”-Xenobots te assembleren die na een paar dagen gewone Xenobots worden.

De nieuwe Xenobots kunnen dan uitgaan en kopieën van zichzelf maken, deze procedure herhalend.

Joshua Bongard, Ph.D., is een computerwetenschapper en robotica-expert aan de University of Vermont. Hij leidde het onderzoek.

“Met het juiste ontwerp – zullen ze spontaan zelfreplicerend zijn,” zei Bongard.

Het team haalde inspiratie uit de Xenopus laevis-kikker, waarin embryonale cellen zich zouden ontwikkelen tot de huid.

Michael Levin, Ph.D., is een professor in de biologie en directeur van het Allen Discovery Center aan de Tufts University en co-leider van het nieuwe onderzoek. Hij is ook een Associate Faculty-lid van het Wyss Institute.

“Ze zouden op de buitenkant van een kikkervisje zitten, pathogenen weren en slijm herverdelen,” zei Levin. “Maar we geven ze een kans om hun multicellulaire eigenschappen opnieuw te bedenken.”

Douglas Blackiston, Ph.D., is co-auteur van het onderzoek en senior wetenschapper aan de Tufts University en het Wyss Institute. Hij was verantwoordelijk voor het assembleren van de Xenobot-“ouders” en het ontwikkelen van de biologische onderdelen van de studie.

“Mensen hebben lange tijd gedacht dat we alle manieren waarop leven kan reproduceren of repliceren hebben uitgewerkt. Maar dit is iets dat nog nooit eerder is waargenomen,” zei Blackiston.

“Dit is diepgravend,” zei Levin verder. “Deze cellen hebben het genoom van een kikker, maar, bevrijd van het worden van kikkervisjes, gebruiken ze hun collectieve intelligentie, hun plasticiteit, om iets verbluffends te doen.”

Spontane Replicatie

Eerdere experimenten toonden aan hoe Xenobots konden worden ontworpen om eenvoudige taken uit te voeren, maar de nieuwe Xenobots laten zien hoe biologische objecten spontaan kunnen repliceren.

“We hebben het volledige, ongewijzigde kikker-genoom, maar het geeft geen hint dat deze cellen samen kunnen werken aan deze nieuwe taak,” zei Levin.

Sam Kriegman, Ph.D., is de eerste auteur van de studie.

“Dit zijn kikker cellen die zich repliceren op een manier die heel anders is dan hoe kikkers dat doen. Geen enkel dier of plant dat bekend is in de wetenschap, reproduceert op deze manier,” zei Kriegman.

Een van de grootste doorbraken in dit onderzoek was de demonstratie van kinematische replicatie, die nooit eerder is waargenomen op het niveau van hele cellen of organismen.

Aangezien dit volledig nieuw terrein is binnen het veld van robotica, reageert het team op het risico dat aan dergelijke technologie verbonden is.

“We werken aan het begrijpen van deze eigenschap: replicatie. De wereld en technologieën veranderen snel. Het is belangrijk, voor de samenleving als geheel, dat we studeren en begrijpen hoe dit werkt,” zei Bongard. ” (de robots) zijn niet wat me ‘s nachts wakker houdt. Wat risico’s met zich meebrengt, is de volgende pandemie; versnellende ecosystemenbeschadiging door vervuiling; intensere bedreigingen van klimaatverandering. Dit is een ideaal systeem om zelfreplicerende systemen te bestuderen. We hebben een morele verplichting om de omstandigheden te begrijpen onder welke we het kunnen controleren, sturen, doven, overdrijven.”

De levende robots worden volledig in een laboratorium gehouden, kunnen gemakkelijk worden uitgeschakeld en worden gecontroleerd door federale, staat- en institutionele ethische experts.

Het team ziet veel potentieel voor dergelijke technologie, waaronder regeneratieve geneeskunde.

“Als we wisten hoe we collecties cellen konden vertellen wat we wilden dat ze deden, uiteindelijk, dat is regeneratieve geneeskunde – dat is de oplossing voor traumatische verwondingen, geboorteafwijkingen, kanker en veroudering,” zei Levin. “Al deze verschillende problemen zijn hier omdat we niet weten hoe we kunnen voorspellen en controleren wat groepen cellen zullen bouwen. Xenobots zijn een nieuw platform voor het leren van ons.”