Робототехніка та фізичний ШІ

Ученые переработали живые клетки лягушки, чтобы создать первый в мире живой робот

mm
Додайте Unite.AI до бажаних джерел у Google

В результате замечательного сочетания биологической жизни и робототехники команда ученых переработала живые клетки лягушки и использовала их для создания “ксеноботов”. Клетки были взяты из эмбрионов лягушки, и ксеноботы имеют всего лишь один миллиметр в ширину. Они способны двигаться в направлении цели, возможно, поднять полезную нагрузку, такую как лекарство для внутренней части человеческого тела, и восстановить себя после того, как они были разрезаны или повреждены.

“Это новые живые машины”, – говорит Джошуа Бонгард, компьютерный ученый и эксперт в области робототехники в Университете Вермонта, который возглавил новое исследование. “Они не являются традиционными роботами, nor известным видом животных. Это новый класс артефактов: живой, программируемый организм”.

Ученые разработали роботов на суперкомпьютере в Университете Вермонта, а группа биологов в Университете Тафтса собрала и протестировала их.

“Мы можем представить многие полезные применения этих живых роботов, которые другие машины не могут сделать”, – говорит соавтор Майкл Левин, который руководит Центром регенеративной и развивающей биологии в Тафтсе, “например, поиск вредных соединений или радиоактивного загрязнения, сбор микропластика в океанах, движение по артериям, чтобы удалить бляшки”.

Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 13 января.

По словам команды, это первый случай, когда исследователи “разрабатывают полностью биологические машины с нуля”.

Для этого потребовалось несколько месяцев обработки на суперкомпьютере Deep Green в Университете Вермонта. Команда включала ведущего автора и аспиранта Сэма Кригмана, и они полагались на эволюционный алгоритм для разработки тысяч разных дизайнов новых форм жизни.

Когда компьютеру было поручено выполнить задачу, заданную учеными, например, движение в одном направлении, он непрерывно собирал несколько сотен симулированных клеток в разные формы и тела. По мере выполнения программ наиболее успешные симулированные организмы сохранялись и совершенствовались. Алгоритм запускался независимо сто раз, и лучшие дизайны были выбраны для тестирования.

Команда в Тафтсе, возглавляемая Левином и при участии микрохирурга Дугласа Блэкстона, затем взяла на себя проект. Они перенесли дизайны в следующую стадию, которая была жизнью. Команда собрала стволовые клетки, которые были получены из эмбрионов африканских лягушек, вида Xenopus laevis. Отдельные клетки затем отделялись и оставлялись для инкубации. Команда использовала крошечные пинцеты и электрод, чтобы разрезать клетки и соединить их под микроскопом в дизайны, созданные компьютером.

Клетки были собраны в совершенно новые формы тела, и они начали работать вместе. Клетки кожи развились в более пассивную структуру, а сердечные мышечные клетки были ответственны за создание упорядоченного движения вперед, как указано в дизайне компьютера. Роботы могли двигаться самостоятельно благодаря спонтанным самоорганизующимся узорам.

Организмы были способны двигаться в согласованном порядке, и они просуществовали несколько дней или недель, исследуя свою водную среду. Они полагались на эмбриональные энергетические запасы, но они переставали функционировать, когда их переворачивали на спину.

“Это шаг к использованию компьютерно-проектированных организмов для интеллектуальной доставки лекарств”, – говорит Бонгард, профессор в Департаменте компьютерных наук и Центре сложных систем Университета Вермонта.

Поскольку ксеноботы являются живыми технологиями, они имеют определенные преимущества.

“Недостаток живой ткани заключается в том, что она слаба и разлагается”, – говорит Бонгард. “Это почему мы используем сталь. Но организмы имеют 4,5 миллиарда лет практики регенерации и существования в течение десятилетий. Эти ксеноботы полностью биоразлагаемы”, – продолжает он. “Когда они выполнили свою задачу после семи дней, они просто мертвая кожа”.

Эти разработки будут иметь большое значение для будущего.

“Если человечество хочет выжить в будущем, нам нужно лучше понять, как сложные свойства, каким-то образом, возникают из простых правил”, – говорит Левин. “Многое в науке сосредоточено на контроле низкоуровневых правил. Нам также нужно понять высокоуровневые правила. Если вы хотели бы иметь муравейник с двумя дымоходами вместо одного, как вы модифицируете муравьев? Мы не имели бы ни малейшего представления”.

“Я думаю, что это абсолютная необходимость для общества в будущем – лучше понять системы, в которых результат очень сложен. Первый шаг к этому – изучить: как живые системы решают, какое общее поведение должно быть, и как мы манипулируем частями, чтобы получить желаемое поведение?”

“Это исследование является прямым вкладом в понимание того, чего люди боятся, что является непредвиденными последствиями, будь то быстрое появление самоходных автомобилей, изменение генетических драйверов, чтобы уничтожить целые линии вирусов, или многие другие сложные и автономные системы, которые все чаще будут формировать человеческий опыт”.

“Есть все это врожденное творчество в жизни”, – говорит Джош Бонгард из Университета Вермонта. “Мы хотим понять это более глубоко – и как мы можем направить и толкнуть его к новым формам”.

mm

Alex очолює новинний підрозділ Unite.AI, що працює на базі ШІ, поєднуючи журналістику, дослідження та автоматизацію для підтримки своєчасного та масштабованого висвітлення штучного інтелекту. Його робота допомагає забезпечити ефективне виявлення нових розробок ШІ, зберігаючи редакційні стандарти видання.