Xenobots 2.0 มาถึงแล้วและยังคงพัฒนาด้วยเซลล์ต้นกำเนิดจากกบ

ทีมนักชีววิทยาและนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ทีมเดียวกันจาก Tufts University และ University of Vermont ที่สร้าง “ซีโนบอท” เมื่อปีที่แล้วได้พัฒนา Xenobots 2.0 แล้ว เวอร์ชันปีที่แล้วเป็นนวัตกรรมใหม่ เครื่องจักรทางชีวภาพขนาดเล็กที่สามารถรักษาตัวเองได้ซึ่งสร้างขึ้นจากเซลล์ของกบ และพวกมันสามารถนำทาง ผลักดันน้ำหนักบรรทุก และทำหน้าที่เป็นหน่วยรวมในบางกรณี

ซีโนบอต 2.0 

Xenobots 2.0 ใหม่เป็นรูปแบบชีวิตที่สามารถประกอบร่างกายได้เองจากเซลล์เดียว พวกเขาไม่ต้องการกล้ามเนื้อในการเคลื่อนไหวและพวกเขายังแสดงให้เห็นถึงความทรงจำที่บันทึกได้ เมื่อเทียบกับบอทก่อนหน้านี้ บอทใหม่เคลื่อนที่ได้เร็วกว่า สำรวจสภาพแวดล้อมต่างๆ ได้มากขึ้น และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ในขณะเดียวกันก็ยังสามารถทำงานร่วมกันและรักษาตัวเองได้เมื่อได้รับความเสียหาย 

งานวิจัยชิ้นใหม่ได้รับการตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์หุ่นยนต์. 

ด้วย Xenobots 1.0 ระบบอัตโนมัติขนาดมิลลิเมตรถูกสร้างขึ้น “จากบนลงล่าง” ด้วยการวางเนื้อเยื่อด้วยตนเองและการผ่าตัดสร้างผิวหนังของกบและเซลล์หัวใจ ซึ่งสร้างการเคลื่อนไหว ด้วยเทคโนโลยีเวอร์ชันใหม่ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากด้านล่างขึ้นบน

สเต็มเซลล์ถูกนำมาจากตัวอ่อนของกบแอฟริกาที่เรียกว่า Xenopus laevis และสิ่งนี้ทำให้พวกมันสามารถรวมตัวกันได้เองและเติบโตเป็นทรงกลม หลังจากผ่านไป XNUMX-XNUMX วัน เซลล์จะสร้างความแตกต่างและสร้างขนที่เคลื่อนไปมาหรือหมุนในลักษณะเฉพาะ

ตาเหล่านี้ให้ "ขา" ชนิดหนึ่งแก่บอทใหม่ที่ช่วยให้พวกมันเดินทางข้ามพื้นผิวได้อย่างรวดเร็ว ในโลกทางชีววิทยา มักพบ cilia หรือเส้นขนเล็กๆ คล้ายขนบนผิวเมือก เช่น ปอด พวกมันช่วยผลักสิ่งแปลกปลอมและเชื้อโรคออกไป แต่ใน Xenobots พวกมันมีการเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว

Michael Levin เป็นศาสตราจารย์พิเศษด้านชีววิทยาและเป็นผู้อำนวยการของ Allen Discovery Center ที่ Tufts University เขาเป็นผู้เขียนที่เกี่ยวข้องของการศึกษา

“เรากำลังเห็นความเป็นพลาสติกที่น่าทึ่งของกลุ่มเซลล์ ซึ่งสร้าง 'ร่างกาย' พื้นฐานใหม่ที่ค่อนข้างแตกต่างจากค่าเริ่มต้น ในกรณีนี้คือกบ แม้จะมีจีโนมปกติก็ตาม” เลวินกล่าว “ในตัวอ่อนของกบ เซลล์จะทำงานร่วมกันเพื่อสร้างลูกอ๊อด เมื่อนำออกจากบริบทดังกล่าว เราจะเห็นว่าเซลล์สามารถนำฮาร์ดแวร์ที่เข้ารหัสพันธุกรรมมาใช้ใหม่ได้ เช่น ตา สำหรับการทำงานใหม่ เช่น การเคลื่อนที่ เป็นเรื่องน่าทึ่งที่เซลล์สามารถรับบทบาทใหม่และสร้างแผนและพฤติกรรมของร่างกายใหม่ได้เองโดยธรรมชาติโดยไม่ต้องมีการคัดเลือกวิวัฒนาการเป็นระยะเวลานานสำหรับคุณสมบัติเหล่านั้น”

นักวิทยาศาสตร์อาวุโส Doug Blackiston เป็นผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษาร่วมกับ Emma Lederer ช่างเทคนิคการวิจัย 

“ในทางหนึ่ง Xenobots ถูกสร้างขึ้นเหมือนกับหุ่นยนต์ทั่วไป มีเพียงเราเท่านั้นที่ใช้เซลล์และเนื้อเยื่อแทนส่วนประกอบเทียมเพื่อสร้างรูปร่างและสร้างพฤติกรรมที่คาดเดาได้” Blackiston กล่าวว่า "ในตอนท้ายของชีววิทยา วิธีการนี้ช่วยให้เราเข้าใจว่าเซลล์สื่อสารกันอย่างไรในขณะที่พวกมันโต้ตอบกันระหว่างการพัฒนา และวิธีที่เราจะควบคุมปฏิสัมพันธ์เหล่านั้นได้ดีขึ้น"

ที่ UVM นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่สร้างแบบจำลองรูปร่างต่างๆ ของ Xenobots ซึ่งช่วยระบุพฤติกรรมต่างๆ ที่แสดงออกมาทั้งแบบบุคคลและแบบกลุ่ม ทีมอาศัยคลัสเตอร์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Deep Green ที่ Vermont Advanced Computing Core ของ UVM 

นำโดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์และผู้เชี่ยวชาญด้านหุ่นยนต์ Josh Bongard ทีมงานได้สร้างสภาพแวดล้อมหลายแสนแห่งโดยใช้อัลกอริธึมวิวัฒนาการ จากนั้นใช้การจำลองเพื่อระบุ Xenobots ที่สามารถทำงานร่วมกันเป็นฝูงเพื่อรวบรวมเศษซากในทุ่งอนุภาค

เรารู้งาน แต่ยังไม่ชัดเจนสำหรับคนทั่วไป การออกแบบที่ประสบความสำเร็จควรมีลักษณะอย่างไร นั่นคือจุดที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เข้ามาและค้นหาฝูง Xenobot ที่เป็นไปได้ทั้งหมดเพื่อหาฝูงที่ทำงานได้ดีที่สุด” Bongard กล่าว “เราต้องการให้ Xenobots ทำงานที่มีประโยชน์ ตอนนี้เรากำลังให้งานง่ายๆ แก่พวกเขา แต่ท้ายที่สุดแล้ว เรากำลังมุ่งเป้าไปที่เครื่องมือในการดำรงชีวิตชนิดใหม่ที่ทำได้ เช่น ทำความสะอาดไมโครพลาสติกในมหาสมุทรหรือสารปนเปื้อนในดิน”

บอทเวอร์ชั่นใหม่นี้ทำงานได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น การเก็บขยะ และตอนนี้พวกมันสามารถครอบคลุมพื้นผิวเรียบขนาดใหญ่ได้แล้ว การอัพเกรดใหม่ยังรวมถึงความสามารถของ Xenobot ในการบันทึกข้อมูล

การบันทึกความทรงจำและการรักษาตนเอง

คุณสมบัติใหม่ที่น่าประทับใจที่สุดของเทคโนโลยีนี้คือความสามารถของบอทในการบันทึกหน่วยความจำ ซึ่งสามารถนำไปใช้เพื่อปรับเปลี่ยนการกระทำและพฤติกรรมของมันได้ ฟังก์ชันหน่วยความจำที่พัฒนาขึ้นใหม่ได้รับการทดสอบและการพิสูจน์แนวคิดแสดงให้เห็นว่าสามารถขยายได้ในอนาคตเพื่อตรวจจับและบันทึกแสง การมีอยู่ของการปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสี มลพิษทางเคมี และอื่นๆ 

“เมื่อเราเพิ่มความสามารถให้กับบอทมากขึ้น เราสามารถใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อออกแบบให้บอทมีพฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้น และมีความสามารถในการทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้น” Bongard กล่าว “เราอาจออกแบบมันได้ไม่เพียงแต่เพื่อรายงานสภาวะในสภาพแวดล้อมของมันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปรับเปลี่ยนและซ่อมแซมเงื่อนไขในสภาพแวดล้อมของมันด้วย”

หุ่นยนต์เวอร์ชันใหม่ยังสามารถรักษาตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสามารถปิดรอยฉีกขาดที่มีความยาวเต็มรูปแบบอย่างรุนแรงส่วนใหญ่ได้ครึ่งหนึ่งของความหนาภายในเวลาเพียงห้านาที

Xenobots ใหม่มีความสามารถในการอยู่รอดได้นานถึงสิบวันในแหล่งเก็บพลังงานของตัวอ่อน และงานของพวกมันสามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้องใช้แหล่งพลังงานเพิ่มเติม หากพวกมันถูกเก็บไว้ในสารอาหารต่างๆ พวกมันสามารถดำเนินต่อด้วยความเร็วเต็มที่เป็นเวลาหลายเดือน