AI създаде роботи от жива тъкан. След това те започват да се размножават...

Запознайте се с ксеноботите

Ваня Милева Последна промяна на 13 април 2023 в 00:01 18652 0

Кредит Sam Kriegman

Когато се сетим за робот, обикновено ни идва наум някакъв вид облицована с метал машина, управлявана от електроника. Въпреки че може да върши домакинска работа вместо нас и може би дори да ни говори по начини, които изглеждат интелигентни, никога няма да го приемем за нещо живо.

Но какво ще стане, ако вместо да строим роботи от твърди, безжизнени материали, ги изградим от меки живи клетки?

Това е точно подходът, който предприемат изследователите в лабораторията на проф. Джош Бонгард (Josh Bongard) в Университета на Върмонт в САЩ.

През последните четири години те проектират и създават „ксеноботи“: миниатюрни машини, направени от клетки на живи жаби.

Бонгард обяснява подхода на екипа: „[Ако] направите робот от метал и пластмаса... самите части нямат да притежават "интелигентност".

„Ние подхождаме към роботиката по съвсем различен начин. Изграждаме я от компоненти, които сами по себе си са фантастично интелигентни машини.“

Природата вдъхновява роботиката от десетилетия. Това води до задвижващи механизми, базирани на реални мускули, които позволяват на роботите да се движат по-лесно. На други места подложките, които имитират краката на геконите, позволяват на роботите да се катерят по вертикално стъкло. Ксеноботите пък са направени от самите градивни елементи на природата.

Според д-р Виктория Уебстър-Ууд (Victoria Webster-Wood), специалист по биороботи в Университета Карнеги Мелън, този тип подход „ни позволява директно да използваме естествената адаптивност на живите материали“.

Очарователното за ксеноботите на Bongard е, че те могат да бъдат направени от нормални клетки, взети от жабешки ембриони – не са необходими генетични настройки.

Тези клетки могат да се движат сами, но в този случай учените ги използват като материали за генериране на предсказуемо, подобно на роботи поведение, като например събиране на частици около петриево блюдо, сътрудничество като овчарски кучета и дори раждане на други клетки които могат да се разглеждат като бебета ксеноботи.

Изкуствен подбор

Въпреки че не е ясно какво става вътре в ксеноботите, или по-скоро в тези жабешки клетки, които ги карат да се държат по този начин, техните способности наистина ги правят потенциално полезни за всякакви задачи.

Почистване на микропластмаси например или, както изследователите разказват в първата си статия за ксеноботите, публикувана през 2020 г., промъкване до мястото на болните тъкани при хората, за да им помогнат.

Създаването на ксенобот екипът от Върмонт започва във виртуално петриево блюдо, на компютър, където програма за изкуствен интелект (AI) симулира „еволюцията“ на групи жабешки клетки въз основа на тяхната форма, за да изпълни каквато и да е задача, от която учените се интересуват.

Група ксеноботи „подреждат“ петриево блюдо, местейки парченца, които събират на купчина. Кредит: Sam Kriegman

„Той създава популация от виртуални ксеноботи, унищожава онези, които не вършат работа, и прави произволно модифицирани копия на оцелелите“, обяснява Бонгард.

Учените казват на AI колко кръга от този процес на изкуствен подбор да завърши и само за няколко секунди те имат своя дизайн.

Като пример, този дизайн може да бъде топка от клетки с дупка в средата, като торбичка, която работи добре за транспортиране на предмети.

Това е процесът на проектиране, базиран на изкуствен интелект, който е „истинският шедьовър“ на подхода на екипа, според д-р Фалк Таубер от Университета във Фрайберг, Германия.

Без виртуалното петриево блюдо, когато се използват реални клетки, отбелязва Таубер, тестването на стотици различни клетъчни конфигурации може да отнеме седмици или дори месеци.

„Това не само представлява огромно предимство във времето, но също така предоставя възможност за прилагане само на най-обещаващите подходи, които са се доказали като успешни [при виртуално тестване]“, разказва Таубер.

Той предполага, че AI подходът може да бъде полезен и в други сценарии – като бързо проектиране на персонализирани трансплантации на органи, които точно отговарят на анатомията на пациента.

След това виртуалните дизайни трябва да бъдат прехвърлени в клетките в реалния живот. Това е процес, за който са нужни няколко часа за всеки ксенобот с милиметров мащаб и се правят от единствения скулптор на ксеноботи в екипа, биолога д-р Дъг Блекистън (Doug Blackiston) от Университета Тъфтс, Масачузетс.

Използвайки инструменти за микрохирургия, Блекистън старателно изрязва формата, проектирана от AI, в тъкан, събрана от ембриони на жаби.

Той признава, че за да могат ксеноботите да намерят приложения в реалния свят, ще трябва да се ускори процеса, за да създадат повече от сегашните 30 до 40 ксенобота на седмица. Този напредък може да дойде от 3D печат, който може да използва клетки и тъкани като печатни „мастила“.

Роботите се размножават

След това ксеноботите прекарват малко повече от седмица, пълзейки или плувайки около чиния, преди да се разпаднат (тъй като не ядат, продължителността на живота им е ограничена).

В първоначалните си експерименти изследователите правят „ходещи“ ксеноботи от комбинации от клетки на сърцето и кожата - подобното на бутало действие на сърдечните клетки е превърнато в движение.

Сега обаче изследователите използват клетки на кожата, като се възползват от пулсиращите реснички, които стърчат от външната повърхност на клетките, позволявайки им да „плуват“.

След като първоначално са видели движенията им, изследователите смятат, че ксеноботите ще могат да бутат разни неща, макар да се питат дали ксеноботите ще бъдат достатъчно силни.

„Започнах с много леки частици багрило, разпръснати по дъното на петриевото блюдо като фин слой пепел или сняг“, разказва Блекистън. „Случайно извадих късмет при първия опит и се получи.“ Ксеноботите могат да бутат и малки стъклени перли.

След като изследователите напредват в създаването на плуващи ксеноботи, им дават по-интересни неща, които да движат, като клетки – същите клетки, от които са съставени самите миниатюрни роботи.

Тогава започна да се случва нещо интересно: роякът ксеноботи започва да избутва клетките в малки купчинки. Клетките на жабата са лепкави, така че купчините могат да останат заедно и след това, няколко дни по-късно, на повърхността им започват да се появяват косми – реснички, точно както на повърхността на ксеноботите.

„И тогава“, разказва Бонгард, „Дъг [Блакистън] забеляза, че няколко от тях започнаха да се движат.“

В този момент става ясно, че ксеноботите правят повече копия от себе си. Това не е традиционен сценарий за размножаване, но е форма на репликация, която никога не е била виждана в природата.

Блекистън споделя, че е знаел, че експериментът ще проработи, но когато за първи път показва на Бонгард и екипа едно от „децата“, които се движат насам-натам по време на разговор в Zoom, „биолозите, компютърните учени притихват“, спомня си Бонгард.

„Знаете ли, самовъзпроизвеждането е нещо като мечта и надежда [за] машините като цяло и да го видя... напълно ме порази.“

Когато изследователите разбират, че техните ксеноботове могат да се самовъзпроизвеждат, те дават задача на своя AI да развие версии, които могат да го правят по-добре.

Изкуственият интелект се заема с работа, проектирайки форма, която изглеждаше доста позната: Pac-Man, или както Бонгард казва „по същество копач“, което има смисъл, когато бебетата се съставят от парчета - вижте изображението по-долу.

Ксеноботи. Кредит: Sam Kriegman

Фактът, че ксеноботите вече са способни на самовъзпроизвеждане, отваря цял набор от потенциални приложения, разказва Бонгард, в нещо като „експоненциална полезност“.

Концепцията се прилага за всяка технология, която прави нещо полезно и става все по-полезна, колкото повече се разпространява. Почистването на околната среда е добър пример, както и ваксините или технологиите, които могат да гасят горски пожари. Тези технологии обаче не се разпространяват сами, така че биха могли да се възползват от самовъзпроизвеждащ се носител, който да им помогне.

Изследователите показват чрез компютърно моделиране, че ако захранят ксеноботите с достатъчно клетки и те продължат да се размножават, тогава ксеноботите, използвани за по-прости неща като например подреждане на проводници във верига, ще продължат да растат.

Ако самовъзпроизвеждащите се ксеноботове звучат като сценарий от научнофантастичен филм, който може да завърши зле, авторите напомнят, че родителските ботове могат да произвеждат потомство само при определени обстоятелства, които изследователите контролират.

Без достъп до допълнителни свободно плаващи клетки те изобщо не могат да се репликират. Освен това ксеноботите на екипа са биоразградими и „умират“ за няколко дни.

„Тези малки клетъчни роботи са безопасно настанени в лабораториите на екипа на Бонгард и не могат да „живеят“ във външния свят“, казва Таубер. 

Бонгард обаче смята, че заедно с други технологии – като биохибриди, които съчетават органични и технологични компоненти – ксеноботите започват да размиват границата между живото и неживото, разпалвайки отново дебата за това какво е живот.

Междувременно поведението на ксеноботите предизвика други въпроси. Например изследователите не знаят дали ксеноботите наистина си сътрудничат, когато бутат клетки и други обекти заедно.

Способни ли са да се усещат взаимно чрез милионите различни рецептори, които съществуват на повърхността на живите клетки? Или просто се движат безсмислено като играчки на пружина?

Друг интригуващ въпрос е, разбира се, дали биологичните роботи могат да бъдат направени и от човешки клетки – и дали това е пътят, който екипът планира да поеме.

Това със сигурност е в списъка със задачи.

„Знаете ли, жабешките и човешките клетки са се разделили еволюционно не толкова отдавна“, разсъждава Бонгард и предполага, че по принцип трябва да се получи.

Ксеноботите от човешки клетки биха били по-съвместими с медицински приложения, въпреки че ще има дълъг път, за да бъдат одобрени.

Междувременно изследователите искат да открият повече за това какво има в базовата биология на жабешките клетки, което ги кара да се държат така.

Те се надяват да научат как по-добре да манипулират живите материали, за да създадат по-добри машини, защото все още не могат да комуникира с тях.

„Искаме от AI да прави машини, но в процеса на работата AI научава все повече и повече за биологията“, коментира Бонгард.

Ключова част от работата, добавя той, е да накараш AI да обясни какво е научил за биологията обратно на „нас, бедните хора“.

Източник: An AI created robots out of living tissue. Then they started to reproduce…. Meet the xenobots
Hayley Bennett, Science Focus

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !