Forskare skapar första självreplikerande, levande robotar

Forskare vid University of Vermont, Tufts University och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard University har skapat de första självreplikerande, levande robotarna. Skapandet följde upptäckten av en ny form av biologisk reproduktion.

Forskningsresultaten publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences.

Levande Xenobots

Teamet är detsamma som byggde de första levande “Xenobots”, och de upptäckte att de dator-designade och hand-sammansatta organismerna kan simma ut i sina små skålar för att hitta enskilda celler. De samlar sedan ihop hundratals av dem för att montera “baby”-Xenobots som blir vanliga Xenobots efter bara några dagar.

De nya Xenobots kan sedan gå ut och bygga kopior av sig själva, upprepa denna process om och om igen.

Joshua Bongard, Ph.D., är en datavetare och robotikexpert vid University of Vermont. Han ledde forskningen.

“Med rätt design – kommer de att spontant självreplikera”, sa Bongard.

Teamet drog inspiration från Xenopus laevis-grodan, där embryonala celler skulle utvecklas till huden.

Michael Levin, Ph.D., är professor i biologi och chef för Allen Discovery Center vid Tufts University och medledare för den nya forskningen. Han är också en associerad fakultetsmedlem vid Wyss Institute.

“De skulle sitta på utsidan av en groda, hålla borta patogener och omfördela slem”, sa Levin. “Men vi sätter dem i en ny kontext. Vi ger dem en chans att omdefiniera sin multicellulära funktion.”

Douglas Blackiston, Ph.D., är medförfattare till forskningen och seniorforskare vid Tufts University och Wyss Institute. Han var ansvarig för att montera Xenobot-“föräldrarna” och utveckla den biologiska delen av studien.

“Människor har trott under lång tid att vi har löst alla sätt som liv kan reproducera eller replikera. Men detta är något som aldrig har observerats tidigare”, sa Blackiston.

“Detta är djupt”, fortsatte Levin. “Dessa celler har grodans genetiska material, men, befriade från att bli grodyngel, använder de sin kollektiva intelligens, en plasticitet, för att göra något förbluffande.”

Spontan Replikation

Tidigare experiment visade hur Xenobots kunde designas för att uppnå enkla uppgifter, men de nya visar hur de biologiska objekten kan replikera spontant.

“Vi har den fullständiga, oförändrade grodgenomen, men den ger ingen antydan om att dessa celler kan arbeta tillsammans på detta nya sätt”, sa Levin.

Sam Kriegman, Ph.D., är huvudförfattare till studien.

“Dessa är grodceller som replikerar på ett sätt som är mycket annorlunda än hur grodor gör det. Inga kända djur eller växter replikerar på detta sätt”, sa Kriegman.

En av de största genombrotten i denna forskning var demonstrationen av kinematisk replikation, som aldrig har observerats på hela celler eller organismer.

Eftersom detta är helt nytt territorium inom robotikområdet, svarar teamet på riskerna förknippade med sådan teknik.

“Vi arbetar för att förstå denna egenskap: replikation. Världen och teknologierna förändras snabbt. Det är viktigt för samhället som helhet att vi studerar och förstår hur detta fungerar”, sa Bongard. “(Robotarna) är inte det som håller mig vaken på natten. Vad som presenterar risk är den nästa pandemin; accelererande ekosystemskada från föroreningar; intensifierande hot från klimatförändringar. Detta är ett idealiskt system för att studera självreplikerande system. Vi har en moralisk skyldighet att förstå villkoren under vilka vi kan kontrollera det, styra det, släcka det, förstora det.”

De levande robotarna hålls helt i ett laboratorium, kan släckas lätt och granskas av federala, statliga och institutionella etikexperter.

Teamet ser många potentiella tillämpningar för sådan teknik, inklusive regenerativ medicin.

“Om vi visste hur man berättar för samlingar av celler att göra vad vi vill att de ska göra, slutligen, det är regenerativ medicin – det är lösningen på traumatiska skador, födelsedefekter, cancer och åldrande”, sa Levin. “Alla dessa olika problem är här eftersom vi inte vet hur man förutsäger och kontrollerar vilka grupper av celler som kommer att bygga. Xenobots är en ny plattform för att lära oss.”