Ксеноботы — первые в мире живые машины

В будущем они могут доставлять лекарства внутрь нашего тела или помогать очищать океаны

Крошечные, живые ксеноботы дебютировали в начале этого года. Эти микроскопические организмы полностью состоят из стволовых клеток лягушки. Благодаря специальному компьютерному алгоритму, они могут принимать различные формы и выполнять простые функции: ползать, путешествовать по кругу, перемещать небольшие объекты — или даже объединяться с другими органическими ботами для коллективного выполнения задач.

Почему это так важно?

Это первый «живой программируемый организм», который находится где-то между тем, что мы считаем традиционным роботом и животным. Поскольку они сделаны из живой ткани, эти боты могут самостоятельно восстанавливаться при разрыве — поэтому ученые надеются, что этот прорыв поможет нам в дальнейшем развитии самовосстанавливающихся «мягких» роботов. Однако в конечном итоге цель этих маленьких существ состоит в том, чтобы они могли делать действительно полезные вещи — очищать микропластик, переваривать токсичные материалы и даже доставлять лекарства внутрь нашего тела.

Эти организмы могут автоматически исцелить себя после большого механического повреждения.

Ксеноботы — синтетические организмы, изобретённые в 2020 году, которые автоматически создаются компьютерами для выполнения определённой функции и строятся путём объединения различных биологических тканей. Названы в честь африканской шпорцевой лягушки с когтями (Xenopus laevis).

Создание ксеноботов

Эти машины называются ксеноботами, потому что они состоят из стволовых клеток африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis). Исследователи объединили эмбриональные стволовые клетки сердца — которые обеспечивают движение бота. Поскольку эти клетки естественным образом расширяются и сокращаются, а так же имеют кожу, которая обеспечивает жесткую защитную структуру. Каждый ксенобот имеет от 500 до 1000 живых клеток и имеет длину менее 1 мм.

Исследователи вызвали случайные конфигурации двух типов клеток. Одни имели форму клиньев, другие — арок. Уникальная структура каждого ксенобота определяла, как он будет себя вести: будет ли он перемещаться по дну чашки Петри, плавать, соединяться и приобретать форму «пончиков» вокруг других форм.

Рой спроектированных компьютером организмов объединяется.

Последствия их существования могут перекинуться от исследований искусственного интеллекта к фундаментальным вопросам биологии и этики.

«Мы являемся свидетелями почти зарождения новой дисциплины синтетических организмов», — сказал Ход Липсон, робототехник из Колумбийского университета, не входивший в исследовательскую группу. «Не знаю, робототехника это, зоология или что-то еще».

Компьютерное волшебство

Ученые-информатики создали виртуальный мир для цифровых копий ксеноботов. Был разработан необычный алгоритм, помогающий определить наиболее сильные структуры. (Алгоритм в основном имитирует естественный отбор, рассматривая, как возможные изменения структуры могут повлиять на способность бота выполнять различные задачи).

«Оказывается, очень сложно сконструировать организм с нуля. Поэтому мы говорим компьютеру, что мы хотим, чтобы организм делал, и компьютер выполняет процесс проб и ошибок, создавая и моделируя миллионы виртуальных существ», — говорит Сэм Кригман, аспирант Университета Вермонта и соавтор исследования.

Ксеноботы - первые в мире живые машины
 Ксеноботы происходят из клеток кожи эмбрионов лягушки.
Ксеноботы - первые в мире живые машины
Доктор Блэкистон помещает эмбрионы лягушки в чашку Петри, где они начинают превращаться в ксеноботов.

Многие ксеноботы в конечном итоге оказались бесполезными каплями, и «естественный отбор» сделал свое дело и отсеял их. Однако другие показали потенциал. Их структуры продолжали «унаследоваться» и «мутировать» в алгоритме, пока исследователи не смогли усовершенствовать свои конструкции в чашке Петри.

Естественное преимущество

Поскольку они сделаны из клеток, у этих машин есть настоящие биологические часы. У них хватает клеточной энергии только на неделю — после этого они естественным образом разлагаются.

«Эти ксеноботы полностью поддаются биологическому разложению», — говорит Джошуа Бонгард, соавтор исследования. «Когда они заканчивают свою работу через семь дней, это просто мертвые клетки кожи». Это дает ксеноботам преимущество перед другими машинами, созданными руками человека, состоящими из бетона, пластика, стали и химикатов, которые могут быть вредными для окружающей среды и нашего здоровья, когда они разлагаются.

Ксеноботы - первые в мире живые машины
Доктор Блэкистон (слева), биолог из Центра развития и регенеративной биологии Университета Тафтса, и Майкл Левин, биолог и директор университетского центра открытий Аллена

Начальная стадия

Прямо сейчас эти ксеноботы могут выполнять довольно простые задачи в своих чашках Петри. Но исследователи считают, что это может быть ступенькой к программированию более сложных задач, которые помогут продвинуться в таких областях, как персонализированная и регенеративная медицина. У ксеноботов также есть потенциал, что бы помочь с задачами по очистке окружающей среды .

Следы, оставленные роем этих организмов, когда они движутся через поле твердых частиц.

«Мы уже можем видеть зачатки полезной работы: рой ксеноботов способны работают вместе, что бы толкать гранулы в своей тарелке в аккуратные кучки», — сказал Кригман изданию Harvard Crimson. «Мы можем представить себе ксеноботов будущего, которые будут делать то же самое с микропластиком в океане: собирать крошечные кусочки в большой шар пластика, после чего, беспилотный дрон сможет собрать и доставить в центр переработки».

На данный момент ученые сосредоточены на изучении того, как клетки общаются друг с другом и с алгоритмом.

«Всё в жизни является врожденным творчеством», — сказал Бонгард университету Вермонта. «Мы хотим понять это более глубоко — и как мы можем направить и подтолкнуть это к новым формам».

Рейтинг
Загрузка ...
Журнал MAGAZINE.TOWN