Xenobots 2.0 Geliyor ve Hala Kurbağa Kök Hücreleriyle Geliştiriliyor

Tufts Üniversitesi ve Vermont Üniversitesi'nden biyologlar ve bilgisayar bilimcilerinden oluşan aynı ekip "Xenobot'lar” Geçen yıl şimdi Xenobots 2.0'ı geliştirdik. Geçen yılın versiyonu, kurbağa hücrelerinden yaratılan yeni, kendi kendini iyileştiren küçük biyolojik makinelerdi ve gezinebiliyor, yükleri itebiliyor ve bazı durumlarda toplu bir birim olarak hareket edebiliyorlardı.

Ksenobotlar 2.0 

Yeni Xenobots 2.0, tek hücrelerden kendi kendine bir vücut oluşturabilen yaşam formlarıdır. Hareket etmek için kaslara ihtiyaç duymazlar ve hatta kaydedilebilir hafıza göstermişlerdir. Önceki benzerleriyle karşılaştırıldığında, yeni botlar daha hızlı hareket ediyor, daha da fazla ortamda geziniyor ve daha uzun ömürlü oluyor. Aynı zamanda birlikte çalışabilirler ve hasar gördüklerinde kendilerini iyileştirebilirler. 

Yeni araştırma yayınlandı Bilim Robotik. 

Xenobots 1.0 ile milimetre büyüklüğündeki otomasyonlar, dokunun manuel olarak yerleştirilmesi ve hareket üreten kurbağa derisi ve kalp hücrelerinin cerrahi olarak şekillendirilmesiyle "yukarıdan aşağıya" inşa edildi. Teknolojinin yeni versiyonu ile “aşağıdan yukarıya” inşa edildiler.

Kök hücreler, Xenopus laevis adlı Afrika kurbağasının embriyolarından alındı ​​ve bu, kendi kendine bir araya gelmelerini ve sferolara dönüşmelerini sağladı. Birkaç gün sonra hücreler farklılaştı ve ileri geri hareket eden veya belirli bir şekilde dönen kirpikler üretti.

Bu kirpikler, yeni botlara yüzeyler arasında hızla hareket etmelerini sağlayan bir tür "bacaklar" sağlar. Biyolojik dünyada, kirpikler veya küçük tüy benzeri çıkıntılar genellikle akciğerler gibi mukus yüzeylerde bulunur. Yabancı maddeleri ve patojenleri dışarı atarak yardımcı olurlar, ancak Xenobot'larda hızlı hareket sağlarlar.

Michael Levin, Seçkin bir Biyoloji Profesörü ve Tufts Üniversitesi'nde Allen Keşif Merkezi'nin direktörüdür. Çalışmanın sorumlu yazarıdır.

Levin, "Tamamen normal bir genoma sahip olmalarına rağmen, varsayılanlarından oldukça farklı olan, bu durumda bir kurbağa olan ilkel bir 'beden' inşa eden hücresel kolektiflerin olağanüstü esnekliğine tanık oluyoruz" dedi. "Bir kurbağa embriyosunda, hücreler iribaş oluşturmak için işbirliği yapar. Burada, bu bağlamdan çıkarıldığında, hücrelerin hareket gibi yeni işlevler için kirpikler gibi genetik olarak kodlanmış donanımlarını yeniden kullanabildiklerini görüyoruz. Hücrelerin kendiliğinden yeni roller üstlenebilmesi ve bu özellikler için uzun evrimsel seçilim dönemleri olmadan yeni vücut planları ve davranışları yaratabilmesi şaşırtıcı."

Kıdemli bilim adamı Doug Blackiston, araştırma teknisyeni Emma Lederer ile birlikte çalışmanın ilk yazarıydı. 

"Bir bakıma, Xenobot'lar geleneksel bir robot gibi inşa edildi. Şekli oluşturmak ve öngörülebilir davranış oluşturmak için yapay bileşenler yerine yalnızca hücreleri ve dokuları kullanıyoruz.” Blackiston, "Biyoloji açısından, bu yaklaşım, hücrelerin gelişim sırasında birbirleriyle etkileşime girerken nasıl iletişim kurduklarını ve bu etkileşimleri nasıl daha iyi kontrol edebileceğimizi anlamamıza yardımcı oluyor."

UVM'de bilim adamları, hem bireylerde hem de gruplarda sergilenen farklı davranışları belirlemeye yardımcı olan Xenobot'ların farklı şekillerini modelleyen bilgisayar simülasyonları geliştiriyorlardı. Ekip, UVM'nin Vermont Advanced Computing Core'daki Deep Green süper bilgisayar kümesine güvendi. 

Bilgisayar bilimcileri ve robotik uzmanı Josh Bongard liderliğindeki ekip, evrimsel bir algoritma kullanarak yüz binlerce çevresel koşul buldu. Simülasyonlar daha sonra, bir parçacık alanında enkaz toplamak için sürüler halinde birlikte çalışabilen Xenobot'ları belirlemek için kullanıldı.

Görevi biliyoruz, ancak başarılı bir tasarımın nasıl olması gerektiği - insanlar için - hiç de açık değil. İşte burada süper bilgisayar devreye giriyor ve işi en iyi yapan sürüyü bulmak için olası tüm Xenobot sürülerinin uzayını araştırıyor” diyor Bongard. “Xenobot'ların faydalı işler yapmasını istiyoruz. Şu anda onlara basit görevler veriyoruz, ancak nihayetinde örneğin okyanustaki mikroplastikleri veya topraktaki kirleticileri temizleyebilecek yeni bir canlı araç türü hedefliyoruz.”

Botların yeni versiyonu, çöp toplama gibi görevlerde daha hızlı ve daha verimli ve artık geniş düz yüzeyleri kapsayabiliyor. Yeni yükseltme ayrıca Xenobot'un bilgi kaydetme yeteneğini de içeriyor.

Kayıt Belleği ve Kendi Kendini İyileştirme

Teknolojinin en etkileyici yeni özelliği, botların daha sonra eylemlerini ve davranışlarını değiştirmek için kullanılabilen belleği kaydetme yeteneğidir. Yeni geliştirilen hafıza işlevi test edildi ve kavramın kanıtı, gelecekte ışığı, radyoaktif kirlenmenin varlığını, kimyasal kirleticileri ve daha fazlasını algılamak ve kaydetmek için genişletilebileceğini gösterdi. 

Bongard, "Botlara daha fazla yetenek kazandırdığımızda, onları daha karmaşık davranışlarla ve daha ayrıntılı görevleri yerine getirme becerisiyle tasarlamak için bilgisayar simülasyonlarını kullanabiliriz" dedi. "Onları yalnızca ortamlarındaki koşulları bildirmek için değil, aynı zamanda ortamlarındaki koşulları değiştirmek ve onarmak için de potansiyel olarak tasarlayabiliriz."

Robotların yeni versiyonu aynı zamanda çok verimli bir şekilde kendi kendini iyileştirebiliyor, bu da ciddi bir tam uzunluktaki yırtığın büyük bir kısmını sadece beş dakika içinde kalınlığının yarısı kadar kapatabilecek kapasitede olduklarını gösteriyor.

Yeni Xenobot'lar, embriyonik enerji depolarında on güne kadar hayatta kalma kabiliyetini taşıyor ve görevlerini ek enerji kaynağı olmadan gerçekleştirebiliyor. Çeşitli farklı besinlerde tutulurlarsa aylarca tam gaz devam edebilirler.