Letztes Jahr haben Wissenschaftler die ersten lebenden Maschinen geschaffen, indem sie Zellen von afrikanischen Krallenfröschen mit winzigen Robotern verbunden haben. Einer von ihnen verwendete geformte Herzzellen, um sich vorwärts zu bewegen, Nutzlasten zu schieben und sogar gemeinsam in einem Schwarm anderer "Xenobots" zu arbeiten.
Und heute kündigte dasselbe Forschungsteam die Schaffung von Lebensformen an, die sich aus einer einzigen Zelle in einen Körper zusammenlagern können. eine neue Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftsrobotik .
Die Xenobots können sich auch schneller bewegen, durch unterschiedliche Umgebungen navigieren und länger leben als die ersten Modelle - während sie in Gruppen arbeiten und heilen, wenn und wann sie beschädigt sind.
Neues Xenobot-Modell mit Bottom-up-Engineering-Methode
Im Vergleich zum früheren Xenobot-Modell oder Nummer 1.0 - bei dem die millimetergroßen Automaten durch manuelles Platzieren von Gewebe von oben nach unten hergestellt wurden, wobei die Froschhaut chirurgisch geformt und Herzzellen eingeschlossen wurden, um Bewegung zu erzeugenDas neue Xenobots-Modell verwendet jedoch eine "Bottom-up" -Technikmethode.
Die an der Tufts University ansässigen Biologen verwendeten Stammzellen aus Embryonen des afrikanischen Frosches Xenopus laevis, die den Namen Xenobots inspirierten und die winzigen Roboter ermöglichten. um sich selbst zu organisieren und zu wachsen in Sphäroide, in denen sich einige Zellen verändert haben, um Zilien oder winzige haarähnliche Vorsprünge zu erzeugen, die hin und her schwingen oder sich auf eine bestimmte Weise drehen.
Anstatt sich auf manuell geformte Herzzellen zu verlassen, die natürliche rhythmische Kontraktionen verwenden, um sich in einem Bereich zu bewegen, geben Zilien den neuen sphäroidalen Bots "Beine", die sie schnell über eine Oberfläche bewegen können. Bei Fröschen oder sogar Menschen, Zilienwerden typischerweise auf Schleimhäuten wie der Lunge gefunden - um die Entfernung von Krankheitserregern oder verschiedenen Fremdstoffen zu unterstützen.
Bei den Xenobots ermöglichen kleine Haare jedoch eine schnelle Fortbewegung.
"Wir sind Zeugen der bemerkenswerten Plastizität zellulärer Kollektive, die einen rudimentären neuen 'Körper' bilden, der sich trotz eines völlig normalen Genoms deutlich von ihrem Standard unterscheidet - in diesem Fall einem Frosch", sagte der angesehene Professor für Biologie MichaelLevin, der auch Direktor des Allen Discovery Center an der Tufts University und entsprechender Autor der neuen Studie ist, geht aus einer mit IE geteilten Embargo-Veröffentlichung hervor. "In einem Froschembryo kooperieren Zellen, um eine Kaulquappe zu bildenIn diesem Zusammenhang sehen wir, dass Zellen ihre genetisch codierte Hardware wie Zilien für neue Funktionen wie die Fortbewegung verwenden können. "
Xenobots sind Hunderttausenden von Umweltszenarien ausgesetzt
"Es ist erstaunlich, dass Zellen spontan neue Rollen übernehmen und neue Körperpläne und Verhaltensweisen erstellen können, ohne lange Zeiträume der evolutionären Auswahl für diese Merkmale", fügte Levin hinzu.
Xenobots werden ähnlich wie herkömmliche Roboter gebaut, erklärte der leitende Wissenschaftler Doug Blackiston, Co-Erstautor der Studie mit der Forschungstechnikerin Emma Lederer. Der Unterschied zu den neuen Robotern besteht in der Verwendung von Zellen und Geweben anstelle von künstlichen Elementen zur Konstruktion der Formund vorhersehbare Verhaltensweisen liefern.
Tufts-Wissenschaftler haben die physikalischen Organismen erstellt, aber die Wissenschaftler von UVM waren damit beschäftigt, Computersimulationen durchzuführen, mit denen unterschiedliche Formen der Xenobots modelliert werden können, um festzustellen, ob sie entweder in Gruppen oder separat unterschiedliche Verhaltensweisen zeigten. Das Team verwendete den Deep Green-Supercomputer-Cluster bei UVMVermont Advanced Computing Core, um die Roboter Hunderttausenden von zufällige Umweltszenarien - erstellt von einem evolutionären Algorithmus.
Die Simulationen dienten dazu zu bestimmen, welche Xenobots die größte Fähigkeit hatten, Ressourcen in Schwärmen zu bündeln und große Trümmerhaufen in einem Partikelfeld zu sammeln. "Wir kennen die Aufgabe, aber es ist für Menschen überhaupt nicht offensichtlich, was für ein erfolgreiches Designsollte so aussehen ", sagte Josh Bongard, ein Robotik-Experte." Hier kommt der Supercomputer ins Spiel und durchsucht den Raum aller möglichen Xenobot-Schwärme, um den Schwarm zu finden, der die Arbeit am besten macht. "
"Wir möchten, dass Xenobots nützliche Arbeit leisten", fügte Bongard hinzu. "Im Moment geben wir ihnen einfache Aufgaben, aber letztendlich streben wir eine neue Art von lebendigem Werkzeug an, mit dem beispielsweise Mikroplastik in der EU gereinigt werden kannOzean oder Verunreinigungen im Boden. "Das Potenzial für Roboter dieser Größe und mit diesen Fähigkeiten ist enorm - zumal die neuen Xenobots Informationen aufzeichnen können, indem sie die Farbe ändern, wie z. B. das Gedächtnis. Aber die kleinen Tiere und ihre Nachfolger könnten schließlich einen Einblick geben in wie mehrzellige Organismen zuerst entstanden sind von einzelligen Organismen, die die Informationsverarbeitung und Entscheidungsfindung sowie die Wahrnehmung in komplexeren Organismen beeinflussen.
Dies war eine bahnbrechende Geschichte und wurde regelmäßig aktualisiert, sobald neue Informationen verfügbar wurden.