Ксенобот
| Ксенобот | |
|---|---|
 Конструкция ксенобота, обнаруженная в ходе моделирования (слева), и развернутый организм (справа), построенный из кожи лягушки (зеленый) и сердечной мышцы (красный). | |
| Промышленность | Робототехника , синтетическая биология |
| Приложение | Медицина , восстановление окружающей среды |
| Размеры | Микромасштаб |
| Источник топлива | Питательные вещества |
| Самоходный | Да |
| Компоненты | лягушки Клетки |
| изобретатель | Сэм Кригман , Дуглас Блэкистон , Майкл Левин , Джош Бонгард |
| Изобретенный | 2020 |
Ксеноботы , названные в честь африканской шпорцевой лягушки ( Xenopus laevis ), [1] Это синтетические формы жизни, созданные компьютерами для выполнения определенной функции и построенные путем объединения различных биологических тканей. [1] [2] [3] [4] [5] [6] Среди учёных ведутся споры о том, являются ли ксеноботы роботами, организмами или чем-то совершенно другим.
Существующие ксеноботы
[ редактировать ]Первые ксеноботы были построены Дугласом Блэкистоном по чертежам, созданным программой искусственного интеллекта , которую разработал Сэм Кригман . [3]
Созданные на сегодняшний день ксеноботы имеют ширину менее 1 миллиметра (0,04 дюйма) и состоят всего из двух частей: клетки кожи и клетки сердечной мышцы , оба из которых получены из стволовых клеток, собранных из ранних ( стадия бластулы ) эмбрионов лягушки. [7] Клетки кожи обеспечивают жесткую поддержку, а клетки сердца действуют как маленькие двигатели, сжимаясь и расширяясь в объеме, продвигая ксенобота вперед.Форма тела ксенобота и распределение клеток кожи и сердца автоматически проектируются в ходе моделирования для выполнения конкретной задачи с использованием процесса проб и ошибок ( эволюционный алгоритм ).Ксеноботы были созданы для того, чтобы ходить, плавать, толкать гранулы, переносить полезные грузы и работать вместе в стае, собирая мусор, разбросанный по поверхности их тарелки, в аккуратные кучи.Они могут неделями обходиться без еды и самостоятельно залечивать раны. [2]
В ксеноботы встроены и другие виды двигателей и датчиков.Вместо сердечной мышцы ксеноботы могут выращивать участки ресничек и использовать их как маленькие весла для плавания. [8] Однако передвижение ксеноботов, управляемое ресничками, в настоящее время менее контролируемо, чем передвижение ксеноботов, управляемое сердцем. [9] Молекула РНК также может быть введена ксеноботам, чтобы придать им молекулярную память: при воздействии определенного вида света во время поведения они будут светиться заданным цветом, если смотреть под флуоресцентным микроскопом . [9]
Ксеноботы также могут самовоспроизводиться. Ксеноботы могут собирать свободные клетки в своей среде, превращая их в новых ксеноботов с такими же возможностями. [10] [11] [12]
Возможные применения
[ редактировать ]В настоящее время ксеноботы в основном используются как научный инструмент, позволяющий понять, как клетки взаимодействуют при построении сложных тел во время морфогенеза . [1] Однако поведение и биосовместимость нынешних ксеноботов позволяют предположить несколько потенциальных применений, в которых они могут найти применение в будущем.
Ксеноботы состоят исключительно из клеток лягушки, что делает их биоразлагаемыми и экологически чистыми роботами.В отличие от традиционных технологий, ксеноботы не загрязняют окружающую среду и не требуют внешних затрат энергии в течение своего жизненного цикла. Они передвигаются, используя энергию жиров и белков, естественным образом хранящихся в их тканях, и этого хватает примерно на неделю, после чего они просто превращаются в омертвевшие клетки кожи. [2] Кроме того, поскольку стаи ксеноботов, как правило, работают вместе, сталкивая микроскопические гранулы в своей тарелке в центральные кучки, [2] Было высказано предположение, что будущие ксеноботы смогут находить и собирать крошечные кусочки микропластика , загрязняющего океан , в большой шар из пластика, который традиционная лодка или дрон могли бы собрать и доставить в центр переработки.
В будущих клинических приложениях, таких как адресная доставка лекарств, ксеноботы могут быть созданы из собственных клеток пациента, что практически устранит проблемы иммунного ответа, присущие другим видам микророботизированных систем доставки.Такие ксеноботы потенциально могут быть использованы для удаления бляшек из артерий , а с помощью дополнительных типов клеток и биоинженерии — для обнаружения и лечения заболеваний.
Галерея
[ редактировать ]
Сотня компьютерных чертежей ходячего организма, состоящего из пассивных (голубых) и сократительных (красных) вокселей.
Методы искусственного интеллекта автоматически проектируют различные возможные формы жизни в симуляции (верхний ряд) для выполнения определенной желаемой функции, а затем создаются переносимые конструкции с использованием набора инструментов для построения на основе клеток для реализации живых систем (нижний ряд) с прогнозируемым поведением.
Высокий четвероногий ксенобот.
Созданный организм покрыт сердечной мышцей (теперь светящейся красным). ИИ оптимизировал форму организма и расположение его мышц, чтобы обеспечить движение вперед.
Искусственный организм с двумя мускулистыми задними конечностями оказался наиболее надежной и энергоэффективной конфигурацией пассивных (эпидермис; зеленый) и сократительных (сердечный; красный) тканей, обнаруженных алгоритмом вычислительного проектирования.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с «Знакомьтесь, ксенобот, жуткий новый вид программируемого организма» . Проводной . ISSN 1059-1028 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Кригман, Сэм; Блэкистон, Дуглас; Левин, Майкл; Бонгард, Джош (13 января 2020 г.). «Масштабируемый конвейер для проектирования реконфигурируемых организмов» . Труды Национальной академии наук . 117 (4): 1853–1859. Бибкод : 2020PNAS..117.1853K . дои : 10.1073/pnas.1910837117 . ISSN 0027-8424 . ПМК 6994979 . ПМИД 31932426 .
- ^ Перейти обратно: а б Сокол, Джошуа (03 апреля 2020 г.). «Знакомьтесь, ксеноботы: ожившие виртуальные существа» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ Образец, Ян (13 января 2020 г.). «Ученые используют стволовые клетки лягушек для создания первых живых роботов» . Хранитель .
- ^ Юнг, Джесси (13 января 2020 г.). «Ученые создали первых в мире живых, самовосстанавливающихся роботов» . CNN .
- ^ «Исследовательская группа создает роботов из живых клеток» . Экономист .
- ^ Болл, Филип (25 февраля 2020 г.). «Живые роботы» . Природные материалы . 19 (3): 265. Бибкод : 2020NatMa..19..265B . дои : 10.1038/s41563-020-0627-6 . ПМИД 32099110 .
- ^ «Живые роботы, сделанные из клеток кожи лягушки, могут чувствовать окружающую среду» . Новый учёный .
- ^ Перейти обратно: а б Блэкистон, Дуглас; Ледерер, Эмма; Кригман, Сэм; Гарнье, Саймон; Бонгард, Джошуа; Левин, Майкл (31 марта 2021 г.). «Клеточная платформа для разработки синтетических живых машин». Научная робототехника . 6 (52): 1853–1859. doi : 10.1126/scirobotics.abf1571 . ПМИД 34043553 . S2CID 232432785 .
- ^ Кригман, Сэм; Блейкистон, Дуглас; Левин, Майкл; Бонгард, Джош (7 декабря 2021 г.). «Кинематическая самовоспроизведение в реконфигурируемых организмах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 118 (49). Бибкод : 2021PNAS..11812672K . дои : 10.1073/pnas.2112672118 . ПМЦ 8670470 . ПМИД 34845026 . S2CID 244769761 .
- ^ «Эти живые роботы, сделанные из клеток лягушки, теперь могут размножаться, говорится в исследовании» . Вашингтон Пост . ISSN 0190-8286 . Проверено 1 декабря 2021 г.
- ^ «Команда создает первых живых роботов, способных воспроизводить потомство» . 29 ноября 2021 г. . Проверено 1 декабря 2021 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Веб-страница с кратким описанием и ссылками на все статьи о ксеноботах.
- Сайт лаборатории ксеноботов
- «Эти исследователи использовали искусственный интеллект для разработки совершенно нового робота-животного» Видео на YouTube от Scientific American.