Vitenskapsmenn skaper første selv-repliserende, levende roboter

Vitenskapsmenn ved University of Vermont, Tufts University og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University har skapt de første selv-repliserende, levende roboter. Skapelsen fulgte oppdagelsen av en ny form for biologisk reproduksjon.

Resultatene av forskningen ble publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences.

Levende Xenobots

Teamet er det samme som bygde de første levende “Xenobots”, og de oppdaget at de datadesignede og håndmonterte organismene kan svømme ut i sine små skåler for å finne enkeltceller. De samler så hundrevis av dem sammen for å bygge “baby”-Xenobots som blir vanlige Xenobots etter bare noen få dager.

De nye Xenobots kan så gå ut og bygge kopier av seg selv, og gjenta denne prosessen om og om igjen.

Joshua Bongard, Ph.D., er en datavitenskapsmann og robotekspert ved University of Vermont. Han ledet forskningen sammen med andre.

“Med riktig design – vil de spontant selv-replisere,” sa Bongard.

Teamet tok inspirasjon fra Xenopus laevis-frosken, hvor embryonale celler ville utvikle seg til hud.

Michael Levin, Ph.D., er professor i biologi og direktør for Allen Discovery Center ved Tufts University og medleder av den nye forskningen. Han er også en assosiert fakultetsmedlem ved Wyss Institute.

“De ville sitte på utsiden av en padde, holde utenfor patogener og redistribuere slim,” sa Levin. “Men vi setter dem i en ny kontekst. Vi gir dem en sjanse til å tenke om sin multicellulærhet.”

Douglas Blackiston, Ph.D., er medforfatter av forskningen og seniorforsker ved Tufts University og Wyss Institute. Han var ansvarlig for å montere Xenobot-“foreldrene” og utvikle den biologiske delen av studien.

“Folk har tenkt lenge at vi har funnet ut alle måtene liv kan reproducere eller replisere på. Men dette er noe som aldri er observert før,” sa Blackiston.

“Dette er profesjonelt,” fortsatte Levin. “Disse cellene har genomet til en frosk, men, frigjort fra å bli padde, bruker de sin kollektive intelligens, en plasticitet, til å gjøre noe forbløffende.”

Spontan Replikasjon

Tidligere eksperimenter viste hvordan Xenobots kunne bli designet for å utføre enkle oppgaver, men de nye viser hvordan de biologiske objektene kan spontant replisere.

“Vi har det fullstendige, uendrede froskgenomet, men det gir ingen hint om at disse cellene kan arbeide sammen på denne nye oppgaven,” sa Levin.

Sam Kriegman, Ph.D., er hovedforfatter av studien.

“Disse er froskceller som repliserer på en måte som er veldig forskjellig fra hvordan frosker gjør det. Ingen kjent dyr eller plante repliserer på denne måten,” sa Kriegman.

En av de største gjennombruddene i denne forskningen var demonstrasjonen av kinematisk replikasjon, som aldri er observert på hele celler eller organismer.

Siden dette er helt nytt territorium innen robotikk, responderer teamet på risikoen forbundet med slik teknologi.

“Vi jobber for å forstå denne egenskapen: replikasjon. Verden og teknologien utvikler seg raskt. Det er viktig for samfunnet som helhet at vi studerer og forstår hvordan dette fungerer,” sa Bongard. ” (robotene) er ikke det som holder meg våken om natten. Det som presenterer risiko er den neste pandemien; økende økosystemskade fra forurensning; intensiverende trusler fra klimaendringer. Dette er et ideelt system å studere selv-repliserende systemer. Vi har en moralsk imperativ til å forstå betingelsene under hvilke vi kan kontrollere det, rette det, slukke det, overdrive det.”

De levende robotene holdes helt i et laboratorium, kan lett utryddes og godkjennes av føderale, statlige og institusjonelle etiske eksperter.

Teamet ser mange potensielle anvendelser for slik teknologi, inkludert regenerativ medisin.

“Hvis vi visste hvordan å fortelle samlinger av celler å gjøre hva vi ønsker dem å gjøre, ultimate, det er regenerativ medisin — det er løsningen på traumatiske skader, fødselsdefekter, kreft og aldring,” sa Levin. “Alle disse forskjellige problemene er her fordi vi ikke vet hvordan å forutsi og kontrollere hva grupper av celler skal bygge. Xenobots er en ny plattform for å lære oss.”