Ultimele știri
Acasă / Diverse / Echipa Universității din Vermont construiește primii roboți vii, care se pot reproduce

Echipa Universității din Vermont construiește primii roboți vii, care se pot reproduce

Xenoboții proiectați de inteligență artificială dezvăluie o formă cu totul nouă de auto-replicare biologică – promițătoare pentru medicina regenerativă.

Pentru a persista, viața trebuie să se reproducă. De-a lungul a miliarde de ani, organismele au evoluat în multe moduri de replicare, de la plante în devenire la animale sexuale până la viruși invadatori.

Echipa Universitatii din Vermont construiește primii roboți vii, care se pot reproduce


Organismele proiectate de IA (în formă de C) împing celulele stem libere (albe) în grămezi în timp ce se deplasează prin mediul lor. Credit: Douglas Blackiston și Sam Kriegman

Acum, oamenii de știință de la Universitatea din Vermont, de la Universitatea Tufts și de la Institutul Wyss pentru Inginerie Inspirată Biologic de la Universitatea Harvard au descoperit o formă complet nouă de reproducere biologică și și-au aplicat descoperirea pentru a crea primii roboți vii cu auto-replicare.

Aceeași echipă care a construit primii roboți vii (“Xenoboți”, asamblați din celule de broaște – raportat în 2020) a descoperit că aceste organisme proiectate pe computer și asamblate manual pot înota în vasul lor mic, pot găsi celule unice, aduna sute de le împreună și adună Xenoboți „bebe” în „gura” lor în formă de Pac-Man – care, câteva zile mai târziu, devin noi Xenoboți care arată și se mișcă la fel ca ei înșiși. Și apoi acești noi Xenoboți pot ieși, pot găsi celule și pot construi copii ale lor. Iar si iar.

„Cu un design potrivit – se vor autoreplica spontan”, spune Joshua Bongard, Ph.D., un informatician și expert în robotică de la Universitatea din Vermont, care a condus noua cercetare.

Rezultatele noii cercetări au fost publicate pe 29 noiembrie 2021, în Proceedings of the National Academy of Sciences.


Pe măsură ce „părinții” Xenoboți în formă de Pac-man se mișcă în mediul lor, ei colectează celule stem libere în „gura” lor care, în timp, se adună pentru a crea Xenoboți „descendenți” care se dezvoltă pentru a arăta exact ca creatorii lor. Credit: Doug Blackiston și Sam Kriegman

Într-o broască Xenopus laevis , aceste celule embrionare s-ar dezvolta în piele. „Ar sta în exteriorul unui mormoloc, ținând departe agenții patogeni și redistribuind mucusul”, spune Michael Levin, Ph.D., profesor de biologie și director al Allen Discovery Center de la Universitatea Tufts și co-lider al noului studiu. cercetare. „Dar le punem într-un context nou. Le oferim șansa de a-și reimagina multicelularitatea.” Levin este, de asemenea, membru asociat al facultății la Institutul Wyss.

Și ceea ce își imaginează ei este ceva cu mult diferit de piele. „Oamenii au crezut destul de mult timp că am descoperit toate modalitățile prin care viața se poate reproduce sau reproduce. Dar acesta este ceva ce nu a mai fost observat până acum”, spune coautorul Douglas Blackiston, Ph.D., om de știință principal la Universitatea Tufts și Institutul Wyss, care a asamblat „părinții” Xenobot și a dezvoltat partea biologică a noului studiu.

„Este profund”, spune Levin. „Aceste celule au genomul unei broaște, dar, eliberate de a deveni mormoloci, își folosesc inteligența colectivă, o plasticitate, pentru a face ceva uluitor.” În experimentele anterioare, oamenii de știință au fost uimiți că Xenoboții ar putea fi proiectați pentru a realiza sarcini simple. Acum sunt uimiți că aceste obiecte biologice – o colecție de celule proiectată de computer – se vor replica spontan. „Avem genomul complet și nealterat al broaștei”, spune Levin, „dar nu a dat nici un indiciu că aceste celule pot lucra împreună la această nouă sarcină”, de a colecta și apoi de a comprima celulele separate în autocopii de lucru.

„Acestea sunt celule de broaște care se reproduc într-un mod foarte diferit de modul în care o fac broaștele. Niciun animal sau plantă cunoscută de știință nu se reproduce în acest fel”, spune Sam Kriegman, Ph.D., autorul principal al noului studiu, care și-a încheiat doctoratul. în laboratorul lui Bongard la UVM și este acum cercetător post-doctoral la Centrul Allen Tuft și la Institutul Wyss pentru Inginerie inspirată biologic de la Universitatea Harvard.

Pe cont propriu, părintele Xenobot, format din aproximativ 3.000 de celule, formează o sferă. „Acestea pot face copii, dar apoi sistemul se stinge în mod normal după aceea. Este foarte greu, de fapt, să faci ca sistemul să se reproducă în continuare”, spune Kriegman. Dar cu un program de inteligență artificială care lucrează pe clusterul de supercomputer Deep Green de la UVM Vermont Advanced Computing Core , un algoritm evolutiv a putut testa miliarde de forme ale corpului în simulare – triunghiuri, pătrate, piramide, stele de mare – pentru a le găsi pe cele care le-au permis celulelor să fi mai eficient la replicarea „cinematică” bazată pe mișcare raportată în noua cercetare.

„Am cerut supercomputerului de la UVM să descopere cum să ajusteze forma părinților inițiali, iar inteligența artificială a venit cu câteva modele ciudate, după luni de zile în care a scăpat, inclusiv unul care seamănă cu Pac-Man”, spune Kriegman. „Este foarte neintuitiv. Pare foarte simplu, dar nu este ceva cu care ar veni un inginer uman. De ce o gură mică? De ce nu cinci? I-am trimis rezultatele lui Doug și el a construit acești Xenoboți părinte în formă de Pac-Man. Apoi acei părinți și-au făcut copii, care și-au construit nepoți, care au construit strănepoți, care au construit stră-strănepoți.” Cu alte cuvinte, designul potrivit a extins foarte mult numărul de generații.


Un organism „părinte” proiectat de IA (forma C; roșu) lângă celulele stem care au fost comprimate într-o minge („descendent”; verde). Credit: Douglas Blackiston și Sam Kriegman

Replicarea cinematică este binecunoscută la nivelul moleculelor, dar nu a mai fost observată până acum la scara celulelor sau organismelor întregi.

„Am descoperit că există acest spațiu necunoscut anterior în organisme sau sisteme vii și este un spațiu vast”, spune Bongard. „Cum facem atunci să explorăm acel spațiu? Am găsit Xenoboți care merg. Am găsit Xenoboți care înoată. Și acum, în acest studiu, am găsit Xenoboți care se reproduc cinematic. Ce altceva este acolo?”

Sau, așa cum scriu oamenii de știință în studiul Proceedings of the National Academy of Science : „viața găzduiește comportamente surprinzătoare chiar sub suprafață, care așteaptă să fie descoperite”.

Răspunsul la risc

Unii oameni ar putea considera acest lucru însuflețitor. Alții pot reacționa cu îngrijorare, sau chiar teroare, la noțiunea de biotehnologie auto-replicabilă. Pentru echipa de oameni de știință, scopul este o înțelegere mai profundă.

„Lucrăm pentru a înțelege această proprietate: replicarea. Lumea și tehnologiile se schimbă rapid. Este important, pentru societate în ansamblu, să studiem și să înțelegem cum funcționează acest lucru”, spune Bongard. Aceste mașini vii de dimensiuni milimetrice, cuprinse în întregime într-un laborator, ușor de stins și verificate de experți federali, de stat și instituționali în etică, „nu sunt cele care mă țin treaz noaptea. Ceea ce prezintă risc este următoarea pandemie; accelerarea daunelor ecosistemului din cauza poluării; intensificarea amenințărilor legate de schimbările climatice”, spune Bongard de la UVM. „Acesta este un sistem ideal în care să studiezi sistemele cu auto-replicare. Avem un imperativ moral de a înțelege condițiile în care îl putem controla, direcționa, stinge, exagerăm.”

Bongard indică epidemia de COVID și vânătoarea unui vaccin. „Viteza cu care putem produce soluții contează profund. Dacă putem dezvolta tehnologii, învățând de la Xenoboți, unde putem spune rapid AI: „Avem nevoie de un instrument biologic care să facă X și Y și să suprime Z”, asta ar putea fi foarte benefic. Astăzi, asta durează foarte mult.” Echipa își propune să accelereze cât de repede pot trece oamenii de la identificarea unei probleme la generarea de soluții – „cum ar fi instalarea de mașini vii pentru a scoate microplasticele din căile navigabile sau pentru a construi noi medicamente”, spune Bongard.

„Trebuie să creăm soluții tehnologice care să crească în același ritm cu provocările cu care ne confruntăm”, spune Bongard.

Și echipa vede promițătoare în cercetarea progreselor către medicina regenerativă. „Dacă am ști cum să spunem colecțiilor de celule să facă ceea ce ne-am dorit să facă, în cele din urmă, aceasta este medicina regenerativă – aceasta este soluția pentru leziuni traumatice, malformații congenitale, cancer și îmbătrânire”, spune Levin. „Toate aceste probleme diferite sunt aici pentru că nu știm cum să prezicem și să controlăm ce grupuri de celule se vor construi. Xenoboții sunt o nouă platformă pentru a ne învăța.”

Oamenii de știință din spatele Xenoboților au participat la o discuție live pe 1 decembrie 2021 pentru a discuta cele mai recente evoluții în cercetarea lor. Răspunsurile la numeroasele întrebări ale publicului puse în timpul webinarului la care paneliştii nu au avut timp să răspundă pot fi găsite în acest document . Credit: Institutul Wyss de la Universitatea Harvard

Urmareste REPUBLICA TV LIVE

Despre Maria Staicu

V-ar mai putea interesa

Schimbare de comandă la Jandarmeria Dolj

Noul comandant al jandarmilor doljeni este colonelul Laurențiu Vînturiș. Foto: Festivitate de predare-primire a comenzii …

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.