Зустрічайте Ксеноботів: Живі, біологічні машини, які можуть зробити революцію в робототехніці

У 2020 році на Землю прибула нова форма життя. Точніше, вона прибула в лабораторію – лабораторію Левіна в Університеті Тафтса в штаті Массачусетс. Як і належить інопланетянам, це були не зелені чоловічки чи інші науково-фантастичні кліше. Вони були більше схожі на крихітні чорні цятки дрібного піску, що повільно рухаються в чашці Петрі. І хоча вони не є інопланетними у позаземному розумінні, вони, безумовно, є такими в тому сенсі, що вони дивні. Ці так звані “ксеноботи” є живими, біологічними автоматами, які можуть просто сигналізувати про майбутнє робототехніки, якою ми її знаємо.

• Рої живих роботів
• Додаткове питання
• Новий біологічний організм
• Вирішення проблем

“Вони не підходять під класичне визначення організму, тому що вони не можуть розмножуватися – хоча з точки зору безпеки це [є] особливістю, а не дефектом”, – сказав Дуглас Блекістон, старший науковий співробітник Центру Аллена Діскавері в Університеті Тафтса, в інтерв’ю Digital Trends. Їх можна віднести до категорії “недосконалий організм”. Однак я думаю, що вони все ж таки кваліфікуються як роботи. Хоча вони і живі, вони побудовані з нуля для певної мети. Вони не є чимось, що коли-небудь існувало або могло коли-небудь існувати в природі – це конструкція, створена людиною”.

Рої живих роботів

Давайте повернемося назад. Минулого року дослідники з Тафтса створили перших у світі крихітних живих роботів з автономним живленням. Ці ксеноботи були розроблені для функціонування в рої: Ходити, плавати, штовхати гранули, переносити корисні вантажі і працювати разом, щоб “збирати сміття, розкидане по поверхні їхньої тарілки, в акуратні купки”. Вони здатні виживати тижнями без їжі і зцілювати себе після поранень. А ще вони зроблені зі шматочків жаби, переконфігурованих штучним інтелектом.

• Оптичні ілюзії можуть допомогти нам створити наступне покоління ШІ
• Останній штрих: як вчені наділяють роботів тактильними відчуттями, подібними до людських
• Майбутнє виробництва: Погляд у наступну еру створення речей

Для створення ксеноботів дослідники Тафтса взяли клітини шкіри зі свіжих жаб’ячих ембріонів (вид жаби називається Xenopus laevis) і спонукали їх “перезавантажити свою багатоклітинність” в новому середовищі. Звільнившись від решти ембріона, ці клітини шкіри утворили те, що Майкл Левін, вчений, на честь якого названа Лабораторія Левіна, називає “протоістотою”, зі своєю власною унікальною структурою і поведінкою.

Побудова живих роїв роботів з клітин земноводних

Поки вчені Тафтса створювали фізичні організми ксеноботів, дослідники, які працювали паралельно в Університеті Вермонта, використовували суперкомп’ютер для запуску симуляцій, щоб спробувати знайти способи збирання цих живих роботів для виконання корисних завдань.

“Ми використовуємо штучний інтелект для “еволюції” різних конструкцій роботів у віртуальному світі”, – сказав Блекістон. Комп’ютеру дається завдання, наприклад, “зробити робота, який може ходити по прямій лінії”, і він збирає мільйони різних комбінацій віртуальних клітин, поки не вирішить проблему… Потім комп’ютер видає мені креслення, і я починаю працювати, з’єднуючи клітини, щоб створити живу версію. Таким чином, в певному сенсі, я приймаю замовлення від комп’ютера”.

Минулого року була опублікована перша стаття про цю роботу, яка є принциповим доказом того, що живі роботи існують і що штучний інтелект може спроектувати їх так, щоб вони виконували прості речі. Друга стаття, опублікована нещодавно в журналі Science Robotics, показує, що були зроблені кроки для того, щоб перетворити їх на корисні інструменти.

Додаткове питання

Традиційна біологія розвитку зосереджена на стандартних модельних системах, таких як плодова мушка, миша і жаба, і на тому, як їх геноми кодують апаратне забезпечення, що створює певний тип тіла. Ксеноботи Левін і його колеги-дослідники працюють над тим, що він назвав “додатковим питанням”. Це стосується “перепрограмованості програмного забезпечення життя”, а також того, чи можна генетично нормальні клітини спокусити побудувати щось, що сильно відрізняється від їх біологічного за замовчуванням.

“Я думаю, що це початок нового підходу, в якому безліч нових форм життя додаються до стандартного інструментарію біологів, що дозволяє їм запитати, звідки беруться плани тіла, як працює співпраця між клітинами, як реалізується клітинний колективний інтелект, і як ми можемо стимулювати групи клітин робити все, що ми хочемо”, – сказав Левін. “Це не тільки проливає світло на зв’язок між геномом і анатомією – оскільки наші ксеноботи мають абсолютно стандартний жаб’ячий геном – але також дозволяє створювати корисні синтетичні живі машини і дає нам нову пісочницю, в якій ми можемо зрозуміти правила морфогенезу”.

Ідея біологічних роботів не нова. Насправді, вона, можливо, передує сучасній концепції роботів як значною мірою міцних, металевих істот. Роботи, вигадані чеським драматургом Карелом Чапеком, який ввів термін “робот”, у своїй науково-фантастичній п’єсі 1920 року “Універсальні роботи Россам”, є біологічними за своєю природою. Вони створюються на заводі з використанням синтетичних органічних матеріалів, що робить їх більш схожими на сучасне уявлення про андроїдів, ніж на машини.

Інші дослідники в реальному житті також прагнули поєднати природний і машинний світ у цікавий спосіб. Програма Flora Robotica, що фінансується Європейським Союзом, спрямована на “розробку і дослідження тісно пов’язаних симбіотичних відносин між роботами і природними рослинами, а також на вивчення потенціалу рослинно-робочого суспільства, здатного виробляти архітектурні артефакти і житлові приміщення”. Тим часом проект, що фінансується Управлінням військово-морських досліджень, зосереджений на створенні армії комах-кіборгів-сарани, які носитимуть рюкзаки і виконуватимуть такі завдання, як виявлення бомб. У Чжецзянському університеті в Китаї дослідники створили установку, яка дозволяє людям керувати рухами щурів за допомогою технології, яка називається інтерфейс “мозок-мозок”. Минулого року дослідники зі Стенфордського університету вбудували малопотужну мікроелектроніку в живих медуз з метою посилення їх природного руху. І так далі.

Новий біологічний організм

Відмінність цих проектів від ксеноботів полягає в тому, що останні не просто використовують технічні компоненти для розширення можливостей біологічного організму, а створюють абсолютно новий біологічний організм, яким можна – або, принаймні, можна буде – керувати, як повністю штучним роботом.

“Ксеноботи, розроблені штучним інтелектом, підривають визначення як робота, так і організму, тому що вони втілюють в собі риси і того, і іншого”, – сказав Джош Бонгард (Josh Bongard), професор кафедри комп’ютерних наук Університету Вермонта, в інтерв’ю виданню Digital Trends. “Вони схожі на роботів, тому що призначені для автономного виконання певної корисної для людини функції. Але вони також є організмами в тому сенсі, що це генетично немодифіковані жаби, просто витіснені в зовсім інші форми і функції”.

Ксеноботи, як обіцяють їх творці, ймовірно, матимуть ряд різних застосувань, як в далекій, так і в близькій перспективі. Левін припустив, що найближчі можливості можуть включати очищення довкілля і зондування, оскільки використання клітин земноводних, які звикли жити у воді зовнішньої температури і біологічно розкладаються приблизно за тиждень, може зробити їх ідеально придатними для цих сценаріїв. Боти можуть метаболізувати небезпечні хімічні речовини і відчувати крихітні кількості забруднювачів. Вони навіть мають базові, наразі примітивні, способи реєстрації екологічного досвіду – світяться червоним кольором і змінюють форму під впливом певних умов.

“З екологічної точки зору, вони можуть бути використані для біо-виявлення і біоремедіації”, – сказав Блекістон. “Ми можемо запрограмувати живих роботів на виявлення забруднювачів і, сподіваємось, на їх пошук і знищення. Після того, як вони закінчать свою роботу, вони [могли б] нешкідливо розпадатися в навколишньому середовищі, не залишаючи після себе ніяких штучних відходів”.

Довгострокове бачення зосереджене на регенеративній медицині. “Майже всі проблеми біомедицини – травматичні пошкодження, старіння, рак, вроджені дефекти – можна було б подолати, якби ми знали, як мотивувати клітинні колективи будувати будь-які складні органи, які ми хочемо”, – сказав Левін.

Дослідники припускають, що можна буде створювати ботів з різних типів клітин для різних випадків використання. “Можна уявити собі використання подібної системи для доставки ліків в організм пацієнта або допомоги в процесі відновлення після травми”, – сказав Блекістон. “Якщо виготовляти таких роботів з власних стовбурових клітин пацієнта, це дозволить нам створювати біосумісних роботів, які будуть очищатися від пацієнта природним чином після того, як вони закінчать свою роботу”.

Вирішення проблем

До досягнення цього етапу ще багато роботи. Один з викликів полягає в тому, як найкраще контролювати ботів. “[Ця проблема] поки що залишається цілковитою загадкою”, – сказав Бонгард. “Ми працюємо над цим і сподіваємось, що в недалекому майбутньому нас чекають нові сюрпризи”.

Блекістон сказав, що одна з концепцій передбачає програмування ботів з вродженою біологічною поведінкою, яка потенційно може еволюціонувати з віком. Іншими словами, ксеноботи можуть бути “народжені” з однією метою, а потім переключатися на іншу, коли вони старіють.

Ще однією перешкодою є прискорення виробництва ботів. В даний час ксеноботів доводиться збирати вручну, і цей процес, як зазначив Блекістон, “вимагає багато часу під мікроскопом і великої кількості тонкої моторики”. Дослідники шукають шляхи адаптації 3D-біопринтерів для автоматизації всього процесу, що призведе до створення своєрідної конвеєрної лінії з виробництва живих роботів.

Одне можна сказати напевно: ми, ймовірно, почуємо набагато більше про ксеноботів з плином часу. “Ксено” в їхніх назвах може залишитися, але вони, швидше за все, стануть набагато більш звичними для світу в найближчі роки.

Рекомендації редакції

• Зустрічайте робота-пітчера, який змінює правила гри і може ідеально імітувати будь-який людський кидок
• Dyson піднімає кришку над “надсекретним” проектом
• Вчені вважають, що наступна велика сонячна буря може створити “інтернет-апокаліпсис
• Частково Термінатор, частково Тремор: Цей роботизований черв’як може плавати по піску
• Майбутнє сталого розвитку: Погляд на наступну еволюцію екологічних технологій

• HBO Max
• Спеціальні можливості
• Що буде далі: Як технології допомагають суспільству відкритися після коронавірусу

Source: digitaltrends.com