Xenobots 2.0 вже тут і все ще розробляються з використанням стовбурових клітин жаби

Та ж сама команда біологів і комп’ютерних вчених з Університету Тафтса і Університету Вермонта, яка створила “Xenobots” минулого року, тепер розробила Xenobots 2.0. Минулорічні версії були новими, крошечними біологічними машинами, створеними з клітин жаби, і вони могли навігацію, đẩy вантажі та діяти як колективна одиниця в деяких випадках.

Xenobots 2.0

Нові Xenobots 2.0 – це форми життя, які можуть самозібратися в тіло з окремих клітин. їм не потрібні м’язи для руху, і вони навіть продемонстрували запам’ятовування пам’яті. У порівнянні з попередніми аналогами, нові боти рухаються швидше, навігація в більшій кількості середовищ, і мають більшу тривалість життя. Водночас вони можуть все ще працювати разом і відновлюватися, коли пошкоджені.

Нові дослідження були опубліковані в Science Robotics.

З Xenobots 1.0, міліметрові автомати були побудовані “зверху вниз”, з ручним розміщенням тканини і хірургічним формування шкіри жаби і кардіальних клітин, які забезпечують рух. З новою версією технології вони були побудовані “знизу вгору”.

Стовбурові клітини були взяті з ембріонів африканської жаби Xenopus laevis, і це дозволило їм самозібратися і розвинутися в сфероїди. Через кілька днів клітини диференціювалися і виробили війки, які рухалися туди й назад або оберталися певним чином.

Ці війки забезпечують новим ботам тип “ног”, який дозволяє їм швидко рухатися по поверхнях. У біологічному світі війки, або дрібні волосоподібні виступи, часто зустрічаються на слизових поверхнях, таких як легені. Вони допомагають, виштовхуючи чужорідний матеріал і патогени, але в Xenobots вони забезпечують швидку локомоцію.

Майкл Левін – відмінний професор біології і директор Центру відкриттів Аллена в Університеті Тафтса. Він є відповідальний автор дослідження.

“Ми спостерігаємо за дивовижною пластичністю клітинних колективів, які будують примітивне нове “тіло”, яке досить відрізняється від їхнього默认 – в цьому випадку, жаби – незважаючи на те, що мають повністю нормальний геном”, сказав Левін. “У жаб’ячому ембріоні клітини співпрацюють, щоб створити личинку. Тут, поза цим контекстом, ми бачимо, що клітини можуть перепрограмувати свій генетично закодований апарат, такий як війки, для нових функцій, таких як локомоція. Це дивовижно, що клітини можуть спонтанно приймати нові ролі і створювати нові плани тіла і поведінки без тривалих періодів еволюційного відбору для цих ознак.”

Старший науковець Дуг Блекістон був співавтором дослідження разом з дослідницьким техніком Еммою Ледерер.

“По суті, Xenobots побудовані подібно до традиційного робота. тільки ми використовуємо клітини і тканини замість штучних компонентів для побудови форми і створення передбачуваної поведінки.” сказав Блекістон “З біологічного боку, цей підхід допомагає нам зрозуміти, як клітини спілкуються під час взаємодії одна з одною під час розвитку, і як ми можемо краще контролювати ці взаємодії.”

У Університеті Вермонта вчені розробляли комп’ютерні симуляції, які моделювали різні форми Xenobots, що допомогло ідентифікувати різні поведінки, які проявлялися як в окремих особинах, так і в групах. Команда використовувала суперкомп’ютер Deep Green у Vermont Advanced Computing Core.

Під керівництвом комп’ютерних вчених і експерта з робототехніки Джоша Бонгарда команда створила сотні тисяч різних умов середовища за допомогою еволюційного алгоритму. Симуляції були потім використані для ідентифікації Xenobots, які могли працювати разом у зграях для збору сміття на полі частинок.

Ми знаємо завдання, але зовсім не очевидно – для людей – яким повинен бути успішний дизайн. Саме тут суперкомп’ютер і шукає простір усіх можливих зграїв Xenobots, щоб знайти зграю, яка робить роботу найкраще”, каже Бонгард. “Ми хочемо, щоб Xenobots робили корисну роботу. Наразі ми даємо їм прості завдання, але в кінцевому підсумку ми спрямовані на новий вид живого інструменту, який міг би, наприклад, очистити мікропластики в океані або забруднення в ґрунті.”

Нова версія ботів швидша і більш ефективна при виконанні завдань, таких як збирання сміття, і тепер вони можуть покривати великі плоскі поверхні. Нова оновлена версія також включає можливість для Xenobot записувати інформацію.

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

Запис пам’яті та самовідновлення

Найбільш вражаючою новою особливістю технології є можливість для ботів записувати пам’ять, яку можна потім використовувати для модифікації їхніх дій і поведінки. Нова розроблена пам’ять була протестована і концепція довела, що її можна розширити в майбутньому для виявлення і запису світла, присутності радіоактивного забруднення, хімічних забрудників і іншого.

“Коли ми додаємо більше можливостей ботам, ми можемо використовувати комп’ютерні симуляції для розробки їх з більш складними поведінками і можливістю виконання більш складних завдань”, сказав Бонгард. “Ми могли б потенційно розробити їх не тільки для повідомлення про умови в їхньому середовищі, але також для модифікації і відновлення умов в їхньому середовищі.”

Нова версія роботів також здатна до самовідновлення дуже ефективно, демонструючи, що вони можуть закрити більшість важкої повної розрізу половину їхньої товщини всього за п’ять хвилин.

Нові Xenobots зберігають можливість виживати до десяти днів на ембріональних енергетичних запасах, і їхні завдання можуть бути виконані без додаткових джерел енергії. Якщо їх тримати в різних різних поживних речовинах, вони можуть продовжувати роботу на повній швидкості протягом місяців.