Tito bioboti jsou vyrobeni z žabích buněk, replikují se sami

Foto: Doug Blackiston a Sam Kriegman

Drobné skupiny buněk ve tvaru Pac-Mana jsou prvními biologickými roboty na světě, kteří se replikují sami

Malí boti jsou vyrobeni z kožních buněk žab, ale nereprodukují se mitózou nebo meiózou ani žádným jiným způsobem, jak se buňky dělí a replikují za normálních okolností. Místo toho se více staví ze surovin. Volně plovoucích žabích kožních buněk, vytvářejících několik generací téměř identických organismů. 

Boti v akci (jejich vynálezci přezdívaní „xenoboti“) dokonce vypadají jako Pac-Man. Pohybují se v divokých vývrtkách a spirálách. Jejich otevřená „ústa“ nabírají volně plovoucí kožní buňky do hromádek. Buňky mají tendenci přilnout nebo slepit, jakmile se dostanou do vzájemného kontaktu, takže tyto hromádky se postupně spojují do nových spirálovitých xenobotů. 

Ačkoli je tato sebereplikace poměrně delikátní proces, který je zatím možný pouze v pečlivě kontrolované laboratorní misce, vědci doufají, že nabízí nový příslib pro biologicky založené roboty. 

„Schopnost vytvořit kopii sebe sama je nejlepší způsob, jak zajistit, že budete i nadále dělat to, co děláte,“ řekl Sam Kriegman, počítačový vědec a postdoktorand z Wyssova institutu na Harvardově univerzitě a Allen Discovery Center v Tufts.

Bio-boti 

Kriegman a jeho kolegové, včetně počítačového vědce Joshuy Bongarda z Vermontské univerzity, vyvíjeli xenoboty roky. Boti jsou vyrobeni z kmenových buněk odebraných z žabích vajec a jsou 0,04 palce (1 milimetr) široké nebo méně. Když se kmenové buňky dostanou do vzájemného kontaktu, přirozeně vytvoří kulovité tvary pokryté drobnými, bijícími řasinkami nebo vlasovými strukturami, které mohou kuličky pohánět. 

„Nejsou ani tradičnímy roboty, ani známý druh zvířat,“ uvedl Bongard v prohlášení, když byl vynález xenobotů poprvé oznámen v roce 2020, uvedla tehdy Live Science. „Je to nová třída artefaktů: živý, programovatelný organismus.“

Programování organismu však není tak snadné jako zadávání příkazů do kódu, řekl Kriegman Live Science. „Je těžké naprogramovat něco, co nemá software,“ řekl. 

Nakonec kontrola nad xenoboty spočívá v kontrole jejich tvarů. Zde vstupuje do hry umělá inteligence. Není vždy intuitivní, co xenobot udělá, když změníte jeho tvar, nebo jak dosáhnout požadovaného výsledku vytvarováním tvaru. Počítačové simulace však mohou během dnů nebo týdnů projít miliardami tvarů a velikostí. Výzkumníci mohou dokonce měnit prostředí kolem simulovaných xenobotů. Slibné tvary, velikosti a prostředí pak mohou být testovány v reálném světě. 

Biologičtí roboti jsou slibní, řekl Kriegman, protože se dokážou sami opravit. Jsou také biologicky odbouratelné. Pokud jsou xenoboti ponecháni svému osudu, dojde jim energie a během 10 až 14 dnů začnou degradovat. Nezanechávají po sobě mikroplasty ani toxické kovy, jen drobné skvrnky organického rozkladu. Výzkumníci pracují na návrzích, které by mohly umožnit xenobotům přenášet malé množství materiálu. Potenciální využití zahrnuje dodávání léků do těla nebo čištění toxických chemikálií v životním prostředí.

Foto: Doug Blackiston a Sam Kriegman/LiveScience

Vlastní replikace 

Ve svém typickém kulovém tvaru jsou xenoboti schopni omezené verze sebereplikace, zjistili vědci. Když se vloží do misky plné nezávisle plovoucích žabích kmenových buněk, kuličky vesele krouží a náhodně tlačí volně plovoucí buňky do shluků, z nichž některé se slepí a vytvoří nové xenoboty. Tito mají tendenci být menší než jejich rodiče a obvykle nejsou schopni se pohybovat kolem dostatečného množství jednotlivých buněk, aby vytvořili další generaci. 

Poté, co počítačové simulace naznačily, že tvar Pac-Man by mohl být efektivnější, vědci testovali tyto xenoboty ve tvaru C v roztoku kmenových buněk. Zjistili, že průměr potomků xenobotů Pac-Man byl o 149 % větší než potomků sférických xenobotů. Díky velikostním vylepšením mohla mláďata xenobotů vytvořit vlastní potomky. Místo pouhé jedné generace replikace xenobotů vědci zjistili, že byli schopni dosáhnout tří nebo čtyř. 

Systém je stále poměrně křehký a proces pěstování buněk a zajištění toho, aby jejich růstový substrát byl čistý a čerstvý, je únavný, řekl Kriegman. A nebojte se, protože se nemusíte obávat, že by se tito biologičtí roboti nekontrolovaně replikovali a ovládli svět: „Pokud kýchnete na misku, zničíte experiment,“ řekl Kriegman. 

To také znamená, že xenoboti nejsou zcela připraveni stát se pracovními roboty. Vědci stále pracují na testování různých tvarů pro různé úkoly. Jejich simulace umělé inteligence také naznačila, že změna tvaru laboratorních misek, ve kterých se xenoboti replikují, může vést k lepším výsledkům, ale to je ještě potřeba otestovat v reálném světě. 

Existují však lekce od xenobotů, které by mohly být do robotiky okamžitě začleněny, řekl Kriegman. Jedním z nich je, že umělá inteligence může být použita k navrhování robotů, dokonce i robotů, kteří se mohou sami replikovat. Dalším je, že má smysl vytvářet roboty z inteligentních komponent. Biologické organismy jsou chytré až do svých součástí, řekl: Organismy jsou vyrobeny ze samoorganizujících se buněk, které jsou vyrobeny ze samoorganizujících se organel, které jsou vyrobeny ze samouspořádaných proteinů a molekul. Současné kovové a plastové roboty tímto způsobem nefungují. 

„Pokud bychom dokázali postavit roboty z inteligentních modulů, možná bychom mohli vytvořit robustnější stroje,“ řekl Kriegman. „Možná bychom mohli vytvořit roboty v reálném světě, kteří by se dokázali sami opravit nebo replikovat.“

Zdroj: Livescience