Bilim İnsanları Yaşamın İlk Canlı Robotunu Geliştirmek İçin Yaşıyor Frog Hücrelerini Yeniden Kullanıyorlar

Biolojik yaşam ve robotik arasındaki dikkat çekici bir birleşmede, bir grup bilim insanı, yaşayan kurbağa hücrelerini yeniden amaçlayarak “xenobotlar” geliştirdi. Hücreler kurbağa embriyolarından geldi ve xenobotlar sadece bir milimetre genişliğinde. Bir hedefe doğru hareket etme, insan vücudunun içine ilaç gibi bir yükü possibly alabilme ve kesilip hasar gördükten sonra kendilerini iyileştirme kabiliyetine sahipler.

“Bu, yeni yaşam makineleri” diyor Joshua Bongard, Vermont Üniversitesi‘nde bilgisayar bilimcisi ve robotik uzmanı. “Ne geleneksel bir robottan ne de bilinen bir hayvan türünden. Yeni bir eser sınıfı: yaşayan, programlanabilir bir organizma.”

Bilim insanları, botları Vermont Üniversitesi‘ndeki bir süper bilgisayarda tasarladı ve Tufts Üniversitesi’ndeki bir grup biyolog onları bir araya getirdi ve test etti.

“Bu canlı robotların diğer makinelerin yapamayacağı birçok faydalı uygulamasını hayal edebiliriz” diyor ortak lider Michael Levin, Tufts’taki Regeneratif ve Gelişimsel Biyoloji Merkezi’ni yönetiyor, “kötü bileşikleri veya radyoaktif kirliliği aramak, okyanuslardaki mikroplastikleri toplamak, atardamarlarda plakayı kazımak için seyahat etmek gibi.”

Araştırma, 13 Ocak’ta Ulusal Bilim Akademisi Bildirileri‘nde yayımlandı.

Ekibe göre, bu, ilk kez “tamamen biyolojik makineleri sıfırdan tasarlıyor”.

UVM’nin Vermont Advanced Computing Core’daki Deep Green süper bilgisayar kümesinde birkaç ay süren işleme zamanı aldı. Ekibin içinde, lider yazar ve doktora öğrencisi Sam Kriegman da vardı ve yeni yaşam formlarını geliştirmek için bir evrimsel algoritma kullandılar.

Bilgisayar, bilim insanları tarafından verilen bir görevi tamamlayacağı zaman, örneğin bir yönde lokomosyon, birkaç yüz simüle edilmiş hücreyi sürekli olarak farklı formlara ve vücut şekillerine yeniden birleştirecekti. Programlar çalışırken, en başarılı simüle edilen organizmalar korunup rafine edildi. Algoritma bağımsız olarak yüz kez çalıştı ve en iyi tasarımlar test için seçildi.

Tufts’taki ekip, Levin’in liderliğinde ve mikrocerrah Douglas Blackiston’un yardımıyla, projeyi devraldı. Tasarımları, hayatın bir sonraki aşamasına aktardılar. Ekip, Xenopus laevis türünden Afrika kurbağalarının embriyolarından elde edilen kök hücreleri topladı. Tek hücreler ayrıldı ve kuluçkaya bırakıldı. Ekip, küçük forceps ve bir elektrot kullanarak, mikroskop altında, bilgisayarın tasarladığı şekle göre hücreleri kesti ve birleştirdi.

Hücreler, tamamen yeni vücut formlarına birleştirildi ve birlikte çalışmaya başladılar. Deri hücreleri daha pasif bir yapı geliştirdi ve kalp kası hücreleri, bilgisayarın tasarladığı yönde düzenli ilerlemeyi sağlamakla sorumluydu. Robotlar, kendiliğinden oluşan self-organizing desenlerden dolayı kendi başlarına hareket edebiliyorlardı.

Organizmalar, tutarlı bir şekilde hareket edebiliyor ve sulak çevrelerini günler veya haftalar boyunca keşfedebiliyorlardı. Embriyonik enerji depolarına güveniyorlardı, ancak sırtüstü çevrildiklerinde başarısız oluyordu.

“Akıllı ilaç teslimatı için bilgisayar tasarımı organizmaları kullanma yönünde bir adımdır” diyor Bongard, UVM’nin Bilgisayar Bilimi ve Karmaşık Sistemler Merkezi’nde profesör.

Xenobotlar canlı teknolojiler olduğu için belirli avantajlara sahipler.

“Canlı doku zayıf ve bozulur” diyor Bongard. “Bu nedenle çelişiyi kullanıyoruz. Ancak organizmalar kendilerini yenilemek ve on yıllar boyunca devam etmek için 4,5 milyar yıllık uygulamaya sahipler. Bu xenobotlar tamamen biyolojik olarak parçalanabilir,” diye devam ediyor. “Görevlerini yedi gün sonra tamamladıklarında, sadece ölü deri hücreleridir.”

Bu gelişmeler gelecekte büyük etkileri olacak.

“İnsanlığın gelecekte hayatta kalması için, karmaşık özelliklerin nasıl ortaya çıktığını daha iyi anlamamız gerekiyor” diyor Levin. “Bilimin çoğu, düşük seviyeli kuralları kontrol etmeye odaklanıyor. Ayrıca yüksek seviyeli kuralları da anlamamız gerekiyor. Bir karıncayı iki baca yerine bir baca ile değiştirmek istiyorsanız, karıncaları nasıl değiştireceğinizi bilmezdik.”

“Toplum olarak ileriye gitmek için, komplex sonuçların ortaya çıktığı sistemleri daha iyi anlamamız gerekiyor” diyor. “Bunun ilk adımı, canlı sistemlerin genel bir davranışta nasıl karar verdiğini ve istediğimiz davranışları elde etmek için parçaları nasıl manipüle edeceğimizi keşfetmektir?”

“Bu çalışma, insanların korktuğu şeyin, yani istenmeyen sonuçların, self-sürüş arabalarının hızlı gelişinin, virüslerin tüm soylarını yok etmek için gen sürücülerini değiştirmenin veya insan deneyimini giderek daha fazla şekillendirecek diğer karmaşık ve otonom sistemlerin doğrudan bir katkısıdır”

“Hayatta tüm bu içgüdüsel yaratıcılık var” diyor UVM’nin Josh Bongard. “Bunu daha derinden anlamak istiyoruz – ve nasıl yeni formlara yönlendirebileceğimizi ve itmeyi.”