Xenobots 2.0 Geldi ve Hala Kurbağa Kök Hücreleriyle Geliştiriliyor

Tufts Üniversitesi ve Vermont Üniversitesi’nden biyologlar ve bilgisayar bilimcileri tarafından geçen yıl yaratılan “Xenobots”ın aynı ekibi, şimdi Xenobots 2.0’ı geliştirdi. Geçen yılki sürüm, kurbağa hücrelerinden oluşan küçük, kendini iyileştiren biyolojik makinelerdi ve bazı durumlarda navigasyon, yük taşıma ve toplu olarak hareket etme gibi işlemleri gerçekleştirebiliyorlardı.

Xenobots 2.0

Yeni Xenobots 2.0, tek hücrelerden oluşan bir vücudu self-assembly ile oluşturabilen canlı formlardır. Hareket etmek için kaslara ihtiyaç duymazlar ve hatta kaydedilebilir bir hafızaya sahip olduklarını gösterdiler. Önceki sürümlerine kıyasla, yeni botlar daha hızlı hareket ediyor, daha fazla ortamda navigasyon yapıyor ve daha uzun ömürlü. Aynı zamanda, birlikte çalışabiliyor ve hasar gördüklerinde kendilerini iyileştirebiliyorlar.

Yeni araştırma Science Robotics dergisinde yayımlandı.

Xenobots 1.0 ile, milimetre büyüklüğündeki otomatik sistemler “üsten aşağı” inşa edildi, doku ve kalp hücrelerinin cerrahi şekilde şekillendirilmesiyle oluşuyordu. Yeni sürümde ise “alttan yukarı” inşa edildi.

Xenopus laevis adlı Afrika kurbağasının embriyolarından alınan kök hücreler, self-assembly ile bir araya gelerek sferoidler oluşturdu. Birkaç gün sonra, hücreler farklılaştı ve cilia adı verilen ve geri ileri hareket eden veya belirli bir şekilde dönen yapılar üretti.

Bu cilia, yeni botlara bir tür “bacak” sağlıyor ve yüzeylerde hızlı bir şekilde hareket etmelerini ermögiliyor. Biyolojik dünyada, cilia genellikle akciğer gibi mukus yüzeylerinde bulunur ve yabancı maddeleri ve patojenleri dışarı atar, ancak Xenobots’ta hızlı lokomosyon sağlar.

Michael Levin, Tufts Üniversitesi’nde Biyoloji Profesörü ve Allen Discovery Center’ın direktörüdür. Çalışmanın yazarlarından biridir.

“Hücre kolektiflerinin inanılmaz esnekliğini gözlemliyoruz, bunlar yeni bir ‘vücut’ oluşturuyor ve bu, onların default hücrelerinden – bu durumda kurbağa – oldukça farklıdır” dedi Levin. “Kurbağa embriyosunda, hücreler bir tadpole oluşturmak için işbirliği yapar. Burada, bu bağlamdan uzaklaştığımızda, hücrelerin genetik olarak kodlanmış donanımlarını, örneğin cilia gibi, yeni işlevler için nasıl yeniden amaçladıklarını görüyoruz. İnanılmaz bir şekilde, hücreler yeni roller üstlenerek yeni vücut planları ve davranışlar oluşturabiliyorlar ve bu, uzun evrimsel seçilim süreçlerine gerek duymuyor.”

Doug Blackiston, çalışmanın ilk yazarlarından biridir ve Emma Lederer ile birlikte çalışmıştır.

“Bir şekilde, Xenobots geleneksel bir robota benzer şekilde inşa ediliyor, ancak biz yapay bileşenler yerine hücreleri ve dokuları kullanarak şekil veriyoruz ve öngörülebilir davranışlar oluşturuyoruz” dedi Blackiston. “Biyoloji açısından, bu yaklaşım, hücrelerin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu ve nasıl gelişimlerini kontrol edebileceğimizi anlamamıza yardımcı oluyor.”

UVM’de, bilim insanları, Xenobots’un farklı şekillerini modelleyen bilgisayar simülasyonları geliştirdiler, bu da bireysel ve grup olarak sergiledikleri farklı davranışları tanımlamalarına yardımcı oldu. Takım, UVM’nin Vermont Advanced Computing Core’undaki Deep Green süper bilgisayar kümesini kullandı.

Bilgisayar bilimcileri ve robotik uzmanlarından oluşan ekip, bir evrimsel algoritma kullanarak yüz binlerce farklı ortam koşulu üretti. Simülasyonlar, Xenobots’un bir alanda parçaları toplamak için nasıl birlikte çalışabileceğini belirlemek için kullanıldı.

“Görevi biliyoruz, ancak insanların başarılı bir tasarım olması gerektiğini bilmesi hiç de açık değil. İşte burada süper bilgisayar devreye giriyor ve tüm olası Xenobots sürümlerini tarayarak işi en iyi yapan sürümü buluyor” diyor Bongard. “Xenobots’un faydalı işler yapmasını istiyoruz. Şu anda onlara basit görevler veriyoruz, ancak sonunda okyanustaki mikroplastikleri veya topraktaki kirleticileri temizleyebilecek yeni bir canlı araç türüne ulaşmak istiyoruz.”

Yeni botlar, çöp toplama gibi görevlerde daha hızlı ve daha verimlidir ve şimdi büyük düz yüzeyleri kapsayabilirler. Yeni güncelleme, Xenobot’un bilgi kaydedebilme yeteneğini de içerir.

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

Kaydedilen Hafıza ve Self-İyileşme

Teknolojinin en etkileyici yeni özelliği, botların hafıza kaydedebilmesidir, bu da daha sonra eylemlerini ve davranışlarını değiştirmek için kullanılabilir. Yeni geliştirilen hafıza fonksiyonu test edildi ve gelecekte ışık, radyoaktif kirlenme, kimyasal kirleticiler ve daha fazlasını tespit edebilmesi için genişletilebileceği kanıtlandı.

“Botlara daha fazla yetenek kazandırdığımızda, bilgisayar simülasyonlarını kullanarak daha karmaşık davranışlar ve görevleri gerçekleştirebilmeleri için tasarlayabiliriz” dedi Bongard. “Onları yalnızca çevrelerindeki koşulları raporlamak için değil, aynı zamanda bu koşulları değiştirmek ve onarmak için tasarlayabiliriz.”

Yeni robotlar ayrıca çok verimli bir şekilde self-iyileşme yeteneğine sahipler ve yarı kalınlıklarının yarısına kadar olan ciddi bir yara iyileşmesini sadece beş dakika içinde kapatabiliyorlar.

Yeni Xenobots, embriyonik enerji depolarıyla on güne kadar hayatta kalma yeteneğini koruyor ve görevlerini ek enerji kaynaklarına gerek duymadan gerçekleştirebiliyorlar. Farklı besin maddeleri ile beslendiklerinde, aylarca boyunca tam hızda çalışmaya devam edebilirler.