Xenobots 2.0 มาแล้วและพัฒนาด้วยเซลล์ต้นกำเนิดของกบ

ทีมนักชีววิทยาและนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จาก Tufts University และ University of Vermont ที่สร้าง “Xenobots” เมื่อปีที่แล้วได้พัฒนา Xenobots 2.0 แล้ว Xenobots รุ่นแรกเป็นเครื่องจักรชีวภาพขนาดเล็กที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้และสามารถนำทางและผลักพาได้

Xenobots 2.0

Xenobots 2.0 ใหม่คือสิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างร่างกายจากเซลล์เดี่ยวได้ และไม่ต้องการกล้ามเนื้อในการเคลื่อนไหว และยังแสดงให้เห็นถึงความจำที่บันทึกได้ เมื่อเทียบกับรุ่นก่อนหน้า Xenobots ใหม่เคลื่อนไหวเร็วขึ้น และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ในขณะเดียวกันก็สามารถทำงานร่วมกันและซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อถูกทำลาย

การวิจัยใหม่นี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Science Robotics

ด้วย Xenobots 1.0 การสร้างอัตลักษณ์ขนาดมิลลิเมตรถูกสร้างขึ้น “จากบนลงล่าง” โดยมีการวางตisu และการผ่าตัดของเซลล์ผิวและเซลล์หัวใจของกบ ซึ่งสร้างการเคลื่อนไหว ในเวอร์ชันใหม่ของเทคโนโลยีนี้ พวกมันถูกสร้างขึ้น “จากล่างขึ้นบน”

เซลล์ต้นกำเนิดถูกนำมาจากตัวอ่อนของกบแอฟริกัน Xenopus laevis และทำให้พวกมันสามารถสร้างร่างกายและเติบโตเป็นกลมได้ หลังจากหลายวัน เซลล์เหล่านั้นจะแตกต่างและผลิตซิเลียที่เคลื่อนไหวไปมาหรือหมุนในลักษณะเฉพาะ

ซิเลียเหล่านี้ให้ Xenobots ใหม่ด้วย “ขา” ที่ทำให้พวกมันสามารถเดินทางได้อย่างรวดเร็วบนพื้นผิว ในโลกชีววิทยา ซิเลียหรือการฉายภาพที่เล็กมากมักพบบนพื้นผิวมูก เช่น ปอด พวกมันช่วยโดยการขับออกสิ่งแปลกปลอมและเชื้อโรค แต่ใน Xenobots พวกมันให้การเคลื่อนที่ที่รวดเร็ว

Michael Levin เป็น Professor of Biology และผู้อำนวยการ Allen Discovery Center ที่ Tufts University และเป็นผู้เขียนหลักของการศึกษา

“เรากำลังเห็นความยืดหยุ่นที่น่าประทับใจของกลุ่มเซลล์ ซึ่งสร้าง ‘ร่างกาย’ ใหม่ที่เรียบง่ายซึ่งแตกต่างจาก ‘ร่างกาย’ ของกบ mặc dùมีจีโนมปกติ” เลวินกล่าว “ในตัวอ่อนกบ เซลล์ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างตัวอ่อน ในที่นี้ เมื่อถูกถอดออกจากบริบทนั้น เราจะเห็นว่าเซลล์สามารถนำฮาร์ดแวร์ที่เข้ารหัสจีโนม เช่น ซิเลีย มาใช้สำหรับการเคลื่อนไหวใหม่ๆ ได้ น่าประทับใจที่เซลล์สามารถรับบทบาทใหม่และสร้างแผนร่างกายและพฤติกรรมใหม่ๆ โดยไม่ต้องมีการเลือกสรรทางวิวัฒนาการเป็นเวลานานสำหรับคุณสมบัติเหล่านั้น”

นักวิทยาศาสตร์ระดับสูง Doug Blackiston เป็นหนึ่งในผู้เขียนหลักของการศึกษาร่วมกับ Emma Lederer นักวิจัย

“ใน某种程度上 Xenobots ถูกสร้างขึ้นเหมือนกับหุ่นยนต์แบบดั้งเดิม แต่เรามาใช้เซลล์และเนื้อเยื่อแทนที่ส่วนประกอบเทียมเพื่อสร้างรูปร่างและพฤติกรรมที่คาดการณ์ได้” แบล็คสโตนกล่าว “ในด้านชีววิทยา การเข้าใกล้นี้ช่วยให้เราเข้าใจว่าเซลล์สื่อสารกันอย่างไรเมื่อพวกมันโต้ตอบกันระหว่างการพัฒนา และวิธีที่เราอาจควบคุมการโต้ตอบเหล่านั้นได้ดีขึ้น”

ที่ UVM นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาสimulation คอมพิวเตอร์ที่สร้างรูปร่างต่างๆ ของ Xenobots ซึ่งช่วยให้ระบุพฤติกรรมที่แตกต่างกันที่แสดงออกในบุคคลและกลุ่ม ทีมงานพึ่งพา Deep Green supercomputer cluster ที่ Vermont Advanced Computing Core

ภายใต้การนำของนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์และผู้เชี่ยวชาญด้านหุ่นยนต์ Josh Bongard ทีมงานได้สร้างสภาพแวดล้อมหลายแสนรายการผ่านการใช้อัลกอริทึมวิวัฒนาการ การจำลองเหล่านี้ถูกใช้เพื่อระบุ Xenobots ที่สามารถทำงานร่วมกันในฝูงเพื่อเก็บขยะในสนามของอนุภาค

เรารู้ว่าภารกิจคืออะไร แต่ไม่ชัดเจนเลยสำหรับมนุษย์ว่าดีไซน์ที่ประสบความสำเร็จควรเป็นอย่างไร นั่นคือที่ที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เข้ามาและค้นหาพื้นที่ของ Xenobot ทั้งหมดเพื่อค้นหา Xenobot ที่ทำงานได้ดีที่สุด” บองการ์ดกล่าว “เราต้องการให้ Xenobots ทำงานที่มีประโยชน์ ในขณะนี้เรากำลังให้พวกมันทำงานง่ายๆ แต่สุดท้ายเรากำลังเล็งไปที่เครื่องมือชีวิตใหม่ที่สามารถทำสิ่งเช่นการทำความสะอาด微พลาสติกในมหาสมุทรหรือมลพิษในดินได้”

Xenobots ใหม่เคลื่อนไหวเร็วขึ้นและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการทำงาน เช่น การเก็บขยะ และสามารถครอบคลุมพื้นผิวขนาดใหญ่ได้ การอัปเกรดใหม่นี้ยังรวมถึงความสามารถในการบันทึกข้อมูลของ Xenobot

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

การบันทึกความจำและการซ่อมแซมตัวเอง

คุณสมบัติใหม่ที่น่าประทับใจที่สุดของเทคโนโลยีนี้คือความสามารถในการบันทึกความจำของ Xenobot ซึ่งสามารถใช้เพื่อปรับเปลี่ยนการกระทำและพฤติกรรมของมัน ฟังก์ชันความจำที่พัฒนาขึ้นใหม่ได้รับการทดสอบและแสดงให้เห็นว่าสามารถขยายได้ในอนาคตเพื่อตรวจจับและบันทึกแสง การปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสี มลพิษทางเคมี และอื่นๆ

“เมื่อเรานำความสามารถใหม่ๆ มาให้กับ Xenobots เราสามารถใช้การจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อออกแบบให้พวกมันมีพฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้นและสามารถทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้น” บองการ์ดกล่าว “เราอาจออกแบบให้พวกมันไม่เพียงแต่รายงานสภาพแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังสามารถเปลี่ยนแปลงและซ่อมแซมสภาพแวดล้อมได้ด้วย”

Xenobots ใหม่ยังสามารถซ่อมแซมตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยแสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถปิดช่องว่างที่ยาวและลึกครึ่งหนึ่งของความหนาของพวกมันภายในเวลาเพียง 5 นาที

Xenobots ใหม่ยังคงความสามารถในการอยู่รอดได้ถึง 10 วันโดยใช้พลังงานที่เก็บไว้ในตัวอ่อน และสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องมีแหล่งพลังงานเพิ่มเติม หากพวกมันถูกเก็บในสารอาหารที่หลากหลาย พวกมันสามารถทำงานได้อย่างเต็มที่เป็นเวลาหลายเดือน