Ученые из США создали первого в мире робота из живых клеток лягушки.
Коротко:
— как ученые из США создали первых живых роботов
— почему нам не грозит восстание машин
— к чему могут привести манипуляции с клетками живых организмов
А мериканские эксперты по робототехнике впервые разработали робота из живых клеток земноводного. Смесь животного и компьютерной системы могут использовать в медицине для точечного лечения пациентов.
В частности, современные эксперименты с разными видами клеток могут позволить нам создавать искусственное мясо без вреда для животных, восстанавливать структуру сетчатки глаза, бороться с старением и возрастными заболеваниями, лечить поврежденные участки мозга, печени и даже избавиться от ВИЧ.
Еще более интересным может оказаться использование живых клеток разных организмов для создания роботизированной техники. Пока понятие « робот» или даже « искусственный интеллект» ограничивается набором аппаратного и программного обеспечения, которые создает человек с помощью разных материалов ( в большинстве случаев — полупроводников).
Но недавно группа ученых из нескольких университетов США опубликовала исследование, согласно которому они разработали первого в мире робота, основанного на живых клетках.
По сути, изобретение стало первой в истории человечества живой машиной, которую можно запрограммировать на выполнение определенных действий. Несмотря на свой крошечный размер, живые роботы могут принести людям огромную пользу.
НВ разбиралось, как ученым удалось объединить компьютерную систему и живой организм, могут ли эти создания выйти из-под контроля человека и к чему они могут привести.
Ксеноботы — новое слово в робототехнике
Да, свое изобретение биологи и специалисты по робототехнике из Вермонтского университета и Университета Тафтса назвали именно ксенобот. Это определение включает латинское название африканских лягушек ( Xenopus laevis), клетки которых и взяли за основу нового организма, а также сокращенное « бот» от чешского « robot».
Согласно пресс-релизу об исследовании, ученые сперва спроектировали необычный организм с помощью суперкомпьютера, а затем приспособили живые клетки эмбрионов лягушек к совершенно новой форме жизни.
Получившийся ксенобот может « самостоятельно двигаться, восстанавливаться и лечить себя, и является абсолютно новой живой машиной, которая не принадлежит ни к традиционным роботам, ни к любому известному виду животных».
«Мы можем представить себе множество полезных применений этих живых роботов, которые не могут выполнить другие машины. Например, поиск вредных соединений или радиоактивного загрязнения, сбор микропластика в океанах, очищение артерий человека
Ученые уже используют разные живые организмы для экспериментов с редактированием генома, выведением новых видов и созданием модифицированных копий известных нам животных. Но исследователи из США провели первый в своем роде эксперимент и создали, как они это называют, «полностью биологическую машину с нуля».
Основой для этого открытия стал суперкомпьютер Deep Green, одна лишь модернизация которого летом 2019-го обошлась в миллион долларов. Как заявил представитель Вермонтского университета Диллон Маккарти, «Deep Green представляет кластеры из 80 высокопроизводительных графических процессоров ( GPU), а общую мощность суперкомпьютера можно сравнить с 20 тыс. ноутбуков, которые работают одновременно».
Эти вычислительные мощности использовали для того, чтобы выполнить сложный эволюционный алгоритм и подобрать именно такие клетки, которые удовлетворяли бы запросы ученых. В частности, компьютер искал подходящие клетки кожи и сердца, основанные на стволовых клетках африканских лягушек, которые могли бы функционировать при определенных условиях.
Позже, собранные у эмбрионов Xenopus laevis клетки разделяли на части и с помощью электродов соединяли согласно модели, которую предложил суперкомпьютер. Полученные клетки сформировали организм, который никогда не существовал в природе, при этом ученые могли ним управлять и в прямом смысле программировать его на выполнение действий.
Правда, «функционал» ксенобота пока довольно небольшой: с помощью группы таких роботов авторы эксперимента могли передвигать небольшие объекты. Учитывая, что размер одного ксеннобота всего 1 мм, объем их максимального « груза» также очень незначительный.
Создатели « кибер-лягушек» планируют использовать свое детище для точечной доставки лекарств в организм человека. В перспективе ксеноботы могут решать глобальные проблемы вроде сбора микропластика в океана и поиска радиоактивных веществ.
Новый Терминатор?
Некоторые пользователи сети тут же начали шутить о том, что ксеноботов нужно уничтожить, поскольку они могут привести к зомби-апокалипсису и воплотить в жизни сюжеты фантастических фильмов Терминатор и Чужой.
Несколько предпосылок для негативного отношения к ксеноботам действительно есть: эти организмы пока никак не классифицировали, они могут работать в группе, восстанавливать свою структуру ( даже если их разрезать пополам), жить до нескольких недель без получения питательных веществ и, самое главное, в основе их работы лежит сокращение живых мышц, реализованное через модифицированные клетки сердца африканской лягушки.
Тем не менее, преувеличивать власть ксеноботов пока не стоит: кроме того, что они полностью контролируются людьми, эти роботы могут существовать в пресной воде при температуре от 4,5 до 26,5 градусов Цельсия и имеют огромный изъян, — ксеноботы, подобно жукам, становятся беспомощными, если их перевернуть на спину.
Благо, ксеноботов также не научили размножаться. Да и, в целом, пока у новых организмов очевидно больший потенциал для созидания, чем для разрушения: выполнив свою работу, через семь дней ксеноботы становятся полностью биоразлагаемыми и превращаются в мертвые клетки. В этом смысле они превосходят импланты из любых материалов, которые могут вживлять в организм человека.
Хотя, теоретически, живые роботы могут повести себя непредсказуемо, и учитывая, что авторы исследования опубликовали всю информацию о своем изобретении на онлайн-платформе для разработки программного обеспечения GitHub, недоброжелатели с хорошими знаниями и лишним суперкомпьютером могут превратить ксеноботов, например, в биологическое оружие. Лучше, конечно, если сторонние разработчики будут только совершенствовать новый вид роботов.
Если же брать сухие факты — у ксеноботов нет как таковых мозга, нервной системы и состоят они всего из 500−1000 клеток, чего явно не хватит для того, чтобы поработить человечество.
Клеточное будущее
Стоит отметить, что главным открытием американских ученых является не сама по себе разработка ксеноботов, а в целом факт успешного объединения компьютерной системы и живых клеток. В перспективе, подобные технологии могут позволить нам создавать самые экзотические организмы, которые будут служить в качестве материалов и устройств для выполнения сложных задач и облегчения жизни человека.
«Ксеноботы на 100% совпадают с ДНК лягушек — но это не лягушки. Как мы показали, с помощью этих клеток лягушек можно создавать интересные живые формы, которые полностью отличаются от их первоначальной анатомии», — говорит биолог Майкл Левин из Университета Тафтса.
Как объясняет ведущий автор исследования из Вермонтского университета Джош Бонград, в мире технологий люди до сих пор используют материалы вроде пластика, стали или бетона. Они могут быть прочными, гибкими и иметь различные свойства, но, так или иначе, являются токсичными и приводят к загрязнению планеты.
Живые организмы, которые появились на Земле около 4 млрд лет назад, наоборот, научились регенерироваться и существовать без вреда для окружающей среды. Дальнейшие изучения того, как клетки взаимодействуют друг с другом помогут нам с помощью компьютерных систем создать новые функциональные формы жизни.
И дело здесь не только в связях между нейронами, которые пытаются скопировать разработчики продвинутой компьютерной техники в своих попытках найти ключ к полноценному искусственному интеллекту.
Возможно, будущее робототехники стоит не за утопическими цифровыми системами, которые могут самостоятельно думать, чувствовать и принимать решения, а как раз за разными вариациями ксеноботов. Контролировать и определять их функции можно будет с помощью манипуляций биохимическими процессами в их клетках, ну а варианты объединения этих клеток для создания самых устойчивых организмов найдут суперкомпьютеры вроде Deep Green.
Страшно подумать, что будет когда Google или IBM, наконец, представят первый эффективный квантовый компьютер.
«Если человечество планирует выжить в будущем, нам нужно лучше понять, как сложные свойства каким-то образом возникают из простых правил… Первым шагом к этому является исследование: как живые системы решают, каким должно быть их общее поведение, и как мы манипулируем их частями, чтобы получить такое поведение, которое нам нужно?», — говорит Левин.
По словам ученого, их исследование — это прямой вклад в понимание того, чего боятся люди, и путь к появлению полноценных беспилотных автомобилей, генной модификации для уничтожений опасных вирусов и многих других автономных систем для улучшения жизни человека.
Создатели ксеноботов считают, что в существующих живых организмах уже заложены решения этих проблем, и нам осталось лишь изучить их до конца, направив в нужное русло.
Так что не исключено, что в ближайшем будущем чудо-лягушки и их многочисленные вариации станут нашими незаменимыми помощниками, и в каждой аптечке будет пара-тройка « живых» лекарств, которые лечат от всех болезней.
Теги: Роботы Стволовые клетки Научные исследования Животные Медицина
