Ксеноботи: как са устроени първите биороботи и какво умеят те да правят

В реалния живот засега роботите изглеждат като неловки механизми от метал и пластмаса, които не особено лесно взаимодействат с околния свят. В средата на януари учени от Университета във Върмонт и Университета Тафтс преобърнаха тези представи. Те създадоха роботи, състоящи се изцяло от живи клетки. Микроскопичните, напълно програмируеми живи организми с размер около 1 мм засега умеят само да плуват и да тикат малки гранули, но това вече е голям пробив в биороботехниката.

Учените от двата университета създадоха биороботи от живи клетки, които получиха наименованието ксеноботи в чест на своя прародител – африканската жаба Henopus laevis.

Ксеноботите не могат да се хранят и да се размножават, и живеят около седмица. Но за сметка на това те могат да плуват, да тикат и пренасят предмети, а също така да работят в групи. Това са първите роботи, състоящи се изцяло от живи клетки и способни да решават сравнително широк спектър от задачи.

За да ги създадат, иследователите от Университета във Върмонт са разработили изкуствен интелект, способен да моделира съвместната работа на десетки хиляди различни комбинации на клетки от кожа и сърце, ако те съществуват в реалния свят. След това учените от Университета Тафтс са избрали оптимално съчетание от клетки и са създали програмируеми организми от стволови клетки, взети от ембрионите на жаби.

Изследователите са обрязали периферната област на ембриона, която обикновено се развива като кожа или сърдечен мускул в процеса на растеж, След това ръчно са разделили тъканите на отделни клетки и са ги разположили в блюдо на Петри.

Получилият се организъм се движи благодарение на съкращаването на клетките на сърдечния мускул. Те функционират много подобно на клетките на човешкото сърце. Клетките на кожата от своя страна, създават конструкция, която задържа клетките на сърцето заедно.

Ксеноботите притежават свойството да се самовъзстановяват. Когато учените повредили клетките на кожата на един от роботите, той успял без странична помощ да ги възстанови и да ликвидира раната.

След като клетките се съединили в един организъм, изследователите му придали форма, оптимална за предвижване, която била моделирана от изкуствения интелект. Получилите се роботи имали микроскопични размери. Ширината им била около един милиметър. Въпреки това, създаването на ксеноботите е огромна крачка в създаването на програмируеми живи организми, тоест на абсолютно нови форми на живот.

Главният пробив на това изследване се състои в това, че на създадения механизъм му е дадена форма, моделирана от ИИ, тоест се е осъществил „превод“ от компютърен език на езика на биологията, отбелязват авторите на изследването.

В по-ранни изследвания, учените са използвали генно инженерство и различни други начини за създаване на тъкани, но на никой досега не му се беше отдавало да създаде устойчив и възпроизводим модел на биоробот. Създаваните „същества“ винаги са имали различна форма, а техните функционални възможности много са се различавали. Затова използването на изкуствен интелект за създаването на роботи от живи клетки има такова голямо значение. Новите биороботи могат да бъдат практически възпроизвеждани безграничен брой пъти без сериозни разлики.

Защо са необходими роботите от живи клетки?

Хората са променяли и променят други живи организми от хилядолетия. Става въпрос за селектирането на домашни животни и на различни селскостопански растения. Например, царевицата в сегашния си вид се отличава много от своите диворастящи прародители. Крайният резултат на такива експерименти практически в много случаи е невъзможно нито да се предскаже, нито да се контролира. В този смисъл създаването на ксеноботи е следващата крачка в промяната на организмите, която е резултат от човешката дейност.

Ксеноботите не приличат на традиционните роботи. Те нямат блестящи механизми и роботизирани ръце. Те напомнят миниатюрни топчици от движеща се розова плът. Изследователите обясняват, че тази форма не е избрана случайно. Такива програмируеми „биологични машини“ ще могат да правят това, което обикновените роботи от метал и пластмаса не могат.

Традиционните роботи с времето деградират. Техните детайли и механизми се износват, а в случая с медицинските роботи това може да навреди на здравето на човек. Роботите, създадени от живи клетки, по мнението на изследователите, ще са безопасни за здравето на човек и изключват нанасяне на каквато и да е вреда на екологията.

Ксеноботите могат да се използват за почистване на радиоактивни замърсявания и отпадъци, , събиране на микропластмаса в океаните или за пренасяне на лекарства вътре в човешкото тяло. Ксеноботите оживяват във водна среда без допълнителна хранителни вещества в продължение на няколко дена или седмици, което ги прави пригодни за вътрешна доставка на лекарства.

Освен тези непосредствено практични задачи, ксеноботите могат да помогнат на учените да разберат по-добре клетъчната биология. Следващите експерименти по създаването на биороботи ще позволи на учените все по-дълбоко да навлязат в междуклетъчните взаимодействия в различни съчетания.

Етично ли е това?

Изследователите признават, че създаването на съвършено нови организми повдига много етични въпроси, даже при положение, че тези организми не могат да мислят и да чувстват в традиционното ни разбиране. С развитието на технологиите, на научното общество явно ще му се наложи да изработи правила, обезпечаващи етичното отношение към организми, подобни на ксеноботите.

Изследователите отбелязват, че ксеноботите не са организми в нормалното разбиране на думата. Те фактически представляват набор от клетки, които реагират на външна симулация.

Какво да очакваме от тази технология?

Сега вниманието на изследователите е насочено към развитието на технологията, а не за използването на ксеноботите за медицински или промишлени цели. В частност, учените се опитват да открият механизъм, позволяващ на клетките много точно да взаимодействат една с друга вътре в организма. Освен това, учените експериментират с различни методи за стимулиране на роботите, в това число чрез химически и електрически сигнали.

За развитието на технологията на изследователите ще им е необходимо да се научат по-точно да контролират процеса на растеж и взаимодействие на различните видове клетки. На дадения момент, по думите на изследователите, тази цел не изглежда лесно достижима, както и печатането на ксеноботи на 3D-принтери в промишлен мащаб. Засега учените не могат да оценят как точно ще се развива технологията за по-нататък и с какви ограничения могат да се сблъскат разработчиците на роботи от живи клетки.

В този смисъл наскоро ви запознахме с друга разработка за създаване на робот от живи клетки, осъществена от екип на Илинойския университет в Урбанa-Шампейн . Там учените са създали робот, който се предвижва благодарение на живи мускулни клетки и се управлява от истински неврони.

Източник