Xenoboti 2.0 so tukaj in se še vedno razvijajo z žabjimi izvornimi celicami

Ista ekipa biologov in računalniških znanstvenikov z univerze Tufts in univerze v Vermontu, ki je ustvarila "Ksenoboti” so lani razvili Xenobots 2.0. Lanskoletna različica so bili novi, majhni samozdravilni biološki stroji, ustvarjeni iz žabjih celic, ki so lahko krmarili, potiskali tovor in v nekaterih primerih delovali kot skupna enota.

Xenoboti 2.0 

Novi Xenoboti 2.0 so življenjske oblike, ki lahko same sestavijo telo iz posameznih celic. Za premikanje ne potrebujejo mišic in dokazali so celo zapisljiv spomin. V primerjavi s svojimi prejšnjimi kolegi se novi roboti premikajo hitreje, krmarijo po še več okoljih in imajo daljšo življenjsko dobo. Hkrati lahko še vedno sodelujeta in se pozdravita, ko sta poškodovana. 

Nova raziskava je bila objavljena v Znanstvena robotika. 

Z Xenoboti 1.0 so bile milimetrske avtomatizacije izdelane "od zgoraj navzdol", z ročnim namestitvijo tkiva in kirurškim oblikovanjem žabje kože in srčnih celic, ki proizvajajo gibanje. Z novo različico tehnologije so bili zgrajeni "od spodaj navzgor".

Matične celice so vzeli iz zarodkov afriške žabe, imenovane Xenopus laevis, kar jim je omogočilo, da so se same sestavile in zrasle v sferoide. Po nekaj dneh so se celice diferencirale in proizvedle migetalke, ki so se premikale naprej in nazaj ali vrtele na določen način.

Te migetalke zagotavljajo novim robotom vrsto "nog", ki jim omogočajo hitro potovanje po površinah. V biološkem svetu se migetalke ali drobne dlačice podobne izrastke pogosto nahajajo na sluznicah, kot so pljuča. Pomagajo tako, da izrivajo tuj material in patogene, vendar v ksenobotih ponujajo hitro premikanje.

Michael Levin je ugledni profesor biologije in direktor centra Allen Discovery na univerzi Tufts. Je ustrezni avtor študije.

"Priča smo izjemni plastičnosti celičnih kolektivov, ki gradijo osnovno novo 'telo', ki se precej razlikuje od njihove privzete - v tem primeru žabe - kljub temu, da imajo povsem normalen genom," je dejal Levin. »V žabjem zarodku celice sodelujejo, da ustvarijo paglavca. Tu, odstranjeno iz tega konteksta, vidimo, da lahko celice svojo gensko kodirano strojno opremo, kot so migetalke, ponovno uporabijo za nove funkcije, kot je gibanje. Neverjetno je, da lahko celice spontano prevzamejo nove vloge in ustvarijo nove telesne načrte in vedenja brez dolgih obdobij evolucijske selekcije za te lastnosti.«

Višji znanstvenik Doug Blackiston je bil soavtor študije skupaj z raziskovalno tehniko Emmo Lederer. 

»Na nek način so Xenoboti zgrajeni podobno kot tradicionalni roboti. Le mi uporabljamo celice in tkiva namesto umetnih komponent, da zgradimo obliko in ustvarimo predvidljivo vedenje.« je dejal Blackiston: "Na koncu biologije nam ta pristop pomaga razumeti, kako celice komunicirajo, ko medsebojno delujejo med razvojem, in kako lahko bolje nadzorujemo te interakcije."

Na UVM so znanstveniki razvijali računalniške simulacije, ki so modelirale različne oblike ksenobotov, kar je pomagalo identificirati različna vedenja, ki so bila prikazana pri posameznikih in skupinah. Ekipa se je zanašala na superračunalniško gručo Deep Green v Vermont Advanced Computing Core UVM. 

Ekipa pod vodstvom računalniških znanstvenikov in strokovnjaka za robotiko Josha Bongarda je z uporabo evolucijskega algoritma prišla do več sto tisoč okoljskih pogojev. Simulacije so bile nato uporabljene za identifikacijo ksenobotov, ki bi lahko sodelovali v rojih in zbirali ostanke v polju delcev.

Poznamo nalogo, vendar ljudem sploh ni očitno, kako naj bi izgledal uspešen dizajn. Tu nastopi superračunalnik in preišče prostor vseh možnih rojev Xenobot, da bi našel roj, ki najbolje opravi svoje delo,« pravi Bongard. »Želimo, da Xenoboti opravljajo koristno delo. Trenutno jim dajemo preproste naloge, a končno ciljamo na novo vrsto živega orodja, ki bi lahko na primer očistilo mikroplastiko v oceanu ali onesnaževalce v zemlji.«

Nova različica botov je hitrejša in učinkovitejša pri nalogah, kot je zbiranje smeti, in zdaj lahko pokrivajo velike ravne površine. Nova nadgradnja vključuje tudi možnost, da Xenobot beleži informacije.

Snemanje spomina in samozdravljenje

Najbolj impresivna nova značilnost tehnologije je zmožnost, da boti snemajo pomnilnik, ki ga je nato mogoče uporabiti za spreminjanje njegovih dejanj in vedenja. Preizkušena je bila novo razvita spominska funkcija in dokaz koncepta je pokazal, da bi jo lahko v prihodnosti razširili na zaznavanje in snemanje svetlobe, prisotnosti radioaktivne kontaminacije, kemičnih onesnaževal in še več. 

"Ko botom dodamo več zmogljivosti, jih lahko uporabimo z računalniškimi simulacijami, da jih oblikujemo z bolj zapletenim vedenjem in zmožnostjo izvajanja zahtevnejših nalog," je dejal Bongard. "Lahko bi jih načrtovali ne samo za poročanje o pogojih v njihovem okolju, ampak tudi za spreminjanje in popravljanje pogojev v njihovem okolju."

Nova različica robotov se lahko zelo učinkovito samoceli in dokazuje, da so sposobni zapreti večino hudih raztrganin po celotni dolžini, ki so polovice njihove debeline v samo petih minutah.

Novi ksenoboti prenašajo sposobnost preživetja do deset dni na embrionalnih zalogah energije, njihove naloge pa je mogoče izvajati brez dodatnih virov energije. Če jih hranimo v različnih hranilih, lahko s polno hitrostjo delujejo več mesecev.