Команда створює перших живих роботів


13 січня 2020 року вчені з Університету Вермонта (UVM) та Університету Тафтса в Массачусетсі заявили, що зараз вони зібрали живі клітини в абсолютно нові форми життя. Вони називають їх живими роботами, абоксеноботівдлявид жабз клітин яких вискочили маленькі роботи. Вчені описують їх як крихітнихкраплі, субміліметрового розміру (міліметр - це приблизно 1/25 дюйма, тому ці маленькі плями менші за цей розмір). Краплі містять від 500 до 1000 клітин. Вони можуть вилікувати себе після порізу. Краплі змогли проскочити через чашку Петрі, самоорганізуватися і навіть транспортувати хвилини корисного навантаження. Можливо, врешті -решт їм вдасться перенести ліки в певне місце всередині людського тіла, зішкребти наліт з артерій, знайти радіоактивне забруднення або зібрати пластикове забруднення в океанах Землі.

І так, вчені визнають можливі етичні питання. Детальніше про це нижче.


Джошуа Бонгард, вчений-комп'ютерник та експерт з робототехніки з Університету Вермонта, який був спільним керівником нового дослідження, сказав у своїй заяві:

Це нові живі машини. Вони не є ні традиційним роботом, ні відомим видом тварин. Це новий клас артефактів: живий, програмований організм ...

Ви дивитесь на клітини, з яких ми будували наших ксеноботів, і, геномно, це жаби. Це 100% ДНК жаби - але це не жаби. Тоді ви запитаєте: а що ще ці клітини здатні будувати?

Результати нового дослідження були такимиопубліковано13 січня в мПраці Національної академії наук.




Доступні місячні календарі ForVM 2020! Залишилося лише кілька. Замовити зараз!

Маленька квадратна крапка з чотирма

Виготовлений чотириногий (4-ногий) організм діаметром 650-750 мкм (мікрон-це мільйонна частина метра). Вчені описали цю істоту (якщо її можна назвати істотою) як 'трохи меншу за голову шпильки'. Зображення через Дугласа Блеклістона/ Університет Тафтса/Університет Вермонта.

У своїй опублікованій роботі ці вченінаписав:

Більшість технологій виготовляються зі сталі, бетону, хімікатів та пластмаси, які з часом руйнуються і можуть спричинити шкідливі екологічні та побічні ефекти для здоров'я. Таким чином, було б корисно будувати технології з використанням самооновлюваних та біосумісних матеріалів, ідеальними кандидатами яких є самі живі системи. Таким чином, тут ми представляємо метод, який повністю розробляє біологічні машини: комп’ютери автоматично проектують нові машини під час моделювання, а потім найкращі конструкції будуються шляхом об’єднання різних біологічних тканин. Це свідчить про те, що інші можуть використовувати цей підхід для конструювання різноманітних живих машин для безпечної доставки ліків всередину людського організму, допомоги у санації навколишнього середовища або для подальшого розширення нашого розуміння різноманітних форм і функцій, які може прийняти життя.


Нові істоти були розроблені на суперкомп'ютері в UVM, а потім зібрані та протестовані біологами з університету Тафтса. Заява вчених описала їхній процес так:

Протягом кількох місяців обробки на суперкомп'ютерному кластері Deep Green в ядрі Advanced Computing Core від UVM, штат Вермонт, команда - у тому числі провідний автор і докторант Сем Крігман з UVM [@Kriegmericaу Twitter]-використовував еволюційний алгоритм для створення тисяч кандидатських проектів для нових форм життя. Намагаючись виконати завдання, поставлене вченими - наприклад, переміщення в одному напрямку - комп’ютер знову і знову збиратиме кілька сотень імітованих клітин у незліченну кількість форм і фігур. У міру запуску програм - керуючись основними правилами щодо біофізики того, що можуть зробити одиночна шкіра жаби та серцеві клітини - більш успішні симульовані організми були збережені та вдосконалені, тоді як невдалі конструкції були викинуті. Після сотні незалежних прогонів алгоритму для тестування були обрані найбільш перспективні конструкції.

Потім команда в Тафтсі, очолюванаМайкл Левіні з ключовою роботою мікрохірургаДуглас Блексістон- переданоin-silico конструкціїв життя. Спочатку вони зібрали стовбурові клітини, зібрані з ембріонів африканських жаб, видуXenopus laevis[Африканські жаб’ячі жаби; звідси назва «ксеноботи».]

Вони були розділені на окремі клітини і залишені для інкубації. Потім, використовуючи крихітні щипці та ще менший електрод, клітини розрізали та об’єднали під мікроскопом у близьке наближення до конструкцій, визначених комп’ютером.


Зібрані у форми тіла, яких ніколи не було в природі, клітини почали працювати разом. Клітини шкіри формували більш пасивну архітектуру, тоді як колись випадкові скорочення клітин серцевого м’яза були розпочаті, створюючи впорядковані рухи вперед, керуючись конструкцією комп’ютера, і допомагаючи спонтанним самоорганізуючимся моделям-дозволяючи роботам рухатися далі власний.

Було показано, що ці реконфігуровані організми можуть рухатися послідовно - і досліджувати своє водяне середовище протягом кількох днів або тижнів, що живляться за рахунок ембріональних запасів енергії. Перевернувшись, однак, вони зазнали невдачі, наче жуки перевернулися на спині.

Пізніші тести показали, що групи ксеноботів будуть рухатися по колу, штовхаючи гранули в центральне місце - спонтанно і колективно. Інші були побудовані з отвором через центр, щоб зменшити опір. У модельованих версіях цих вчених вдалося перетворити цей отвір у мішечок для успішного перенесення об’єкта.

Вау… так?

Вчені сказали, що бачать цю роботу як частину ширшої картини. І вони визнали, що деякі можуть побоюватися наслідків швидких технологічних змін і складних біологічних маніпуляцій. Левін прокоментував:

Цей страх не безпідставний. Коли ми починаємо возитися зі складними системами, які нам незрозумілі, ми отримаємо непередбачені наслідки.

Однак він сказав:

Якщо людство збирається вижити в майбутньому, нам потрібно краще зрозуміти, як складні властивості якимось чином випливають із простих правил.

Він сказав, що значна частина науки зосереджена на:

... контроль правил низького рівня. Ми також повинні розуміти правила високого рівня.

Я думаю, що суспільству вкрай необхідно в майбутньому краще опрацювати системи, де результат дуже складний. Першим кроком на шляху до цього є дослідження: як живі системи вирішують, якою повинна бути загальна поведінка, і як ми маніпулюємо частинами, щоб отримати таку поведінку, якої ми хочемо?

Іншими словами, він сказав:

... це дослідження є прямим внеском у те, щоб зрозуміти, чого бояться люди, а це - непередбачені наслідки.

Бонгард додав:

У житті є вся ця вроджена творчість. Ми хочемо глибше зрозуміти це - і як ми можемо направити та проштовхнути його до нових форм.

Червоні та зелені блоки, складені в частковий куб, а червоні та зелені клітини - у краплі.

Ліворуч анатомічний план комп'ютерно розробленого організму, виявлений на суперкомп'ютері UVM. Праворуч живий організм, повністю побудований зі шкіри жаби (зелений) та серцевого м’яза (червоний). На задньому плані відображаються сліди, вирізані роєм цих новоприродних організмів, коли вони рухаються по полю твердих частинок. Зображення черезСем Крігман/UVM.

Підсумок: На початку січня 2020 року вчені сказали, що вони створили перших живих роботів або 'ксеноботів', зібраних із клітин жаб. Їх творці обіцяють прогрес від доставки ліків до очищення токсичних відходів.

Джерело: Масштабований конвеєр для проектування реконфігурованих організмів

Через UVM