Xenobots 2.0 sunt aici și încă dezvoltați cu celule stem de broască

Aceeași echipă de biologi și oameni de știință din cadrul Universității Tufts și Universității din Vermont, care a creat “Xenobots” anul trecut, a dezvoltat acum Xenobots 2.0. Versiunea de anul trecut erau mașini biologice noi, mici, autovindecătoare, create din celule de broască, și puteau naviga, împinge încărcături și acționa ca o unitate colectivă în unele cazuri.

Xenobots 2.0

Noii Xenobots 2.0 sunt forme de viață care pot să se autoasambleze un corp din celule individuale. Ei nu necesită mușchi pentru a se mișca și au demonstrat chiar și o memorie înregistrabilă. În comparație cu predecesorii lor, noii roboți se mișcă mai repede, pot naviga în medii și mai diverse și au o durată de viață mai lungă. În același timp, ei pot lucra împreună și se pot vindeca singuri atunci când sunt deteriorați.

Noile cercetări au fost publicate în Science Robotics.

Cu Xenobots 1.0, automatizările de dimensiuni milimetrice au fost construite “de sus în jos”, cu plasarea manuală a țesutului și modelarea chirurgicală a pielii și celulelor cardiace de broască, care produce mișcare. Cu noua versiune a tehnologiei, ele au fost construite “de jos în sus”.

Celulele stem au fost luate din embrionii broscelor africane numite Xenopus laevis, și aceasta le-a permis să se autoasambleze și să crească în sferoide. După câteva zile, celulele s-au diferențiat și au produs cili care s-au mișcat înapoi și înainte sau au rotit într-un mod specific.

Aceste cili oferă noilor roboți o fel de “picioare” care le permite să călătorească rapid pe suprafețe. În lumea biologică, ciliile, sau proiecțiile părului, sunt adesea găsite pe suprafețe mucoase, cum ar fi plămânii. Ei ajută prin împingerea materialelor străine și a patogenilor, dar în Xenobots, ei oferă o locomozie rapidă.

Michael Levin este profesor distins de biologie și director al Centrului de Descoperire Allen de la Universitatea Tufts. El este autorul corespondent al studiului.

“Asistăm la plasticitatea remarcabilă a colectivelor celulare, care construiesc un corp rudimentar nou, care este destul de distinct de cel normal – în acest caz, o broască – în ciuda faptului că are un genom complet normal”, a spus Levin. “Într-un embrion de broască, celulele cooperează pentru a crea o larvă. Aici, scoase din acest context, vedem că celulele pot reutiliza hardware-ul lor genetic încodat, cum ar fi ciliile, pentru funcții noi, cum ar fi locomozia. Este uimitor că celulele pot să-și asume spontan noi roluri și să creeze noi planuri și comportamente corporale fără perioade lungi de selecție evolutivă pentru aceste caracteristici”.

Omul de știință senior Doug Blackiston a fost coautorul prim al studiului, împreună cu tehnicianul de cercetare Emma Lederer.

“Într-un fel, Xenobots sunt construiți similar cu un robot tradițional. Doar că noi folosim celule și țesuturi în loc de componente artificiale pentru a construi forma și a crea un comportament previzibil”, a spus Blackiston. “Din punct de vedere biologic, această abordare ne ajută să înțelegem cum celulele comunică atunci când interacționează una cu alta în timpul dezvoltării și cum am putea controla mai bine aceste interacțiuni”.

La UVM, oamenii de știință dezvoltau simulări pe computer care modelau diferite forme ale Xenobots, ceea ce a ajutat la identificarea comportamentelor diferite care au fost observate atât la indivizi, cât și la grupuri. Echipa s-a bazat pe clusterul de supercalculatoare Deep Green de la Vermont Advanced Computing Core.

Sub conducerea oamenilor de știință și a expertului în robotică Josh Bongard, echipa a creat sute de mii de condiții de mediu prin utilizarea unui algoritm evolutiv. Simulările au fost apoi utilizate pentru a identifica Xenobots care puteau lucra împreună în roiuri pentru a aduna deșeuri într-un câmp de particule.

Noi știm sarcina, dar nu este deloc evident – pentru oameni – ce ar trebui să arate un design de succes. Acesta este locul în care intervine supercalculatorul și caută în spațiul tuturor posibilelor Xenobots pentru a găsi roiul care face cel mai bine treaba”, spune Bongard. “Vrem ca Xenobots să facă o muncă utilă. În prezent, le dăm sarcini simple, dar în cele din urmă ne propunem să creăm un nou tip de instrument viu care ar putea, de exemplu, curăța microplastice din oceane sau contaminanți din sol”.

Noile versiuni ale roboților sunt mai rapide și mai eficiente la sarcini precum colectarea gunoiului și pot acoperi acum suprafețe mari și plate. Noua actualizare include, de asemenea, capacitatea Xenobot-ului de a înregistra informații.

https://www.youtube.com/watch?v=g_eLsiAv8w4&feature=emb_title

Înregistrarea memoriei și autovindecarea

Cea mai impresionantă caracteristică nouă a tehnologiei este capacitatea roboților de a înregistra memoria, care poate fi apoi utilizată pentru a modifica acțiunile și comportamentele sale. Funcția de memorie nou dezvoltată a fost testată și demonstrată, și s-a dovedit că poate fi extinsă în viitor pentru a detecta și înregistra lumină, prezența contaminării radioactive, poluanților chimici și multe altele.

“Când adăugăm mai multe capacități roboților, putem utiliza simulările pe computer pentru a le proiecta cu comportamente mai complexe și capacitatea de a efectua sarcini mai elaborate”, a spus Bongard. “Am putea proiecta astfel încât nu numai să raporteze condițiile din mediul înconjurător, ci și să modifice și să repare condițiile din mediul înconjurător”.

Noile versiuni ale roboților sunt, de asemenea, capabile să se vindece foarte eficient, demonstrând că pot închide majoritatea unei lacerări grave, de lungime completă, jumătate din grosimea lor, în doar cinci minute.

Noii Xenobots păstrează capacitatea de a supraviețui până la zece zile pe stocurile de energie embrionară, iar sarcinile lor pot fi efectuate fără surse de energie suplimentare. Dacă sunt păstrate în diferiți nutrienți, ei pot continua la viteza maximă timp de luni.