Żywe mini-roboty

Pierwszym krokiem było opracowanie algorytmu ewolucyjnego, który generował losowe konfiguracje przestrzenne złożone z dwóch rodzajów bloków: sztywnych (komórek nabłonka) oraz zdolnych do skurczu (komórek mięśnia sercowego). Liczące nawet 1000 bloków konfiguracje były następnie testowane przez superkomputer, który tworzył symulacje wszystkich możliwych ruchów. Rozwiązania, które najlepiej radziły sobie z wykonaniem określonego zadania (np. poruszaniem się w jednym kierunku lub transportem ładunku) były wykorzystywane do generowania kolejnej grupy układów. Przeprowadzenie serii 100 następujących po sobie eksperymentów pozwoliło uzyskać projekt miniaturowej biomaszyny zdolnej do efektywnego wykonywania zaplanowanego dla niej zadania.

Opierając się na wygenerowanych przez komputer rozwiązaniach naukowcy stworzyli pod mikroskopem kilka tworów złożonych z odpowiednio uszeregowanych komórek nabłonka i mięśnia sercowego. Komórki te pochodziły z embrionów afrykańskich żab szponiastych Xenopus laevis, na cześć których twórcy nazwali swoje dzieło “xenobotami”. Za sprawą odpowiednio uszeregowanych statycznych komórek nabłonkowych oraz kurczliwych komórek sercowych mogą one działać niczym miniaturowe maszyny. Zgromadzona w komórkach energia wystarcza, aby “xenoboty” poruszały się samoistnie nawet do 10 dni od stworzenia.

Film przedstawia proces przygotowania “xenobotów” oraz ich późniejsze testy:

Badania prowadzone są przez międzyuczelniany zespół naukowców z University of Vermont oraz Tufts University. Finansowanie zapewnia amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności (DARPA) w ramach programu mającego na celu odtworzenie biologicznych procesów uczenia się w robotyce.

Autorzy badania zapewniają, że ich prymitywne biomaszyny mogą w przyszłości znaleźć szersze zastosowanie w robotyce. Jako istotne przewagi wskazują umiejętność “xenobotów” do samoleczenia się oraz ich całkowitą biodegradowalność. Potencjalnie miałyby one znaleźć zastosowanie w medycynie (np. do transportu leków wewnątrz organizmu), a także służyć do usuwania toksycznych zanieczyszczeń lub mikroplastiku z wód oceanicznych.

Eksperymenty prowadzone na żywych organizmach zawsze budzą pewne moralne dylematy. Nie ulega zatem wątpliwości, że kwestie etyczne będą mieć duży wpływ na kolejne etapy prac nad tym projektem.

Źródło: www.theguardian.com
Zdjęcie: A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms; Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin, Josh Bongard; Proceedings of the National Academy of Sciences;
DOI: 10.1073/pnas.1910837117
www.pnas.org

Piotr Fic