;
Кейсы 3 марта 2020

Ксеноботы: как устроены первые биороботы и что они умеют делать

Далее

В реальной жизни роботы пока выглядят, как неуклюжие механизмы из металла или пластика, которые с трудом взаимодействуют с окружающей средой, людьми и такими же роботами. В середине января ученые из университетов Вермонта и Тафтса перевернули это представление — они создали роботов, полностью состоящих из живых клеток. Микроскопические полностью программируемые живые организмы размером около 1 мм пока умеют только плавать и толкать маленькие гранулы, но это уже огромный прорыв в биоробототехнике. «Хайтек» рассказывает, зачем нужны роботы из живых клеток, насколько этично создание таких организмов и какое будущее ждет технологию.

Ученые из университетов Вермонта и Тафтса создали из живых клеток ксеноботов — микроскопических роботов, названных так в честь своего прародителя, африканской когтистой лягушки Xenopus laevis.

Роботы не могут есть, размножаться и живут около недели. Зато они способны плавать, толкать или переносить предметы, а также работать в группах. Это первые роботы, состоящие полностью из живых клеток и способные решать сравнительно широкий спектр задач.

Лягушка Xenopus laevis

Для того, чтобы создать их, исследователи из Университета Вермонта разработали искусственный интеллект, способный моделировать совместную работу десятков тысяч различных комбинаций клеток кожи и сердца, если они будут существовать в реальном мире. Затем ученые из Университета Тафтса выбрали самое оптимальное сочетание и создали программируемый организм из стволовых клеток, взятых из эмбрионов лягушек.

Исследователи обрезали периферическую область эмбриона, которая обычно развивается в кожу или сердечную мышцу в процессе роста. Затем они вручную разделили ткани на отдельные клетки и поместили их в чашку Петри.

Ксенобот

Получившийся организм движется благодаря сокращениям клеток сердечной мышцы — они ведут себя примерно так же, как клетки человеческого сердца. Клетки кожи, в свою очередь, создают каркас, который удерживает клетки сердца вместе.

У ксеноботов есть способности к самовосстановлению: когда ученые повредили клетки кожи одного из роботов, он смог без посторонней помощи восстановить их и ликвидировать рану.

После того, как все клетки соединились в единый организм, исследователи придали ему оптимальную для движения форму, смоделированную ИИ. Получившиеся роботы имеют микроскопический размер — их ширина составляет около миллиметра. Несмотря на это, создание ксенобота — большой шаг в создании программируемых живых организмов, то есть совершенно новых форм жизни.

Главный прорыв исследования заключается в придании смоделированной ИИ формы живому организму — то есть в переводе с языка компьютера на биологический язык, отмечают авторы работы. Ученые создали рецепт робота, который каждый раз выполняет одни и те же функции.

В более ранних исследованиях ученые использовали генную инженерию и различные виды генерации тканей, однако никому из них не удавалось создать устойчивую и воспроизводимую модель биоробота — существа каждый раз имели разную форму, а их функционал сильно отличался. Поэтому использование ИИ для производства роботов из живых клеток имеет большое значение — такие организмы можно воспроизводить бесконечное количество раз без серьезных отличий.

Зачем нужны роботы из живых клеток?

Это может прозвучать как научная фантастика, но люди меняли и меняют организмы на протяжении тысячелетий. Речь идет об одомашнивании диких животных или о селекции сельскохозяйственных культур: например, кукуруза в нынешнем виде сильно отличается от своих дикорастущих далеких предков. Конечный результат таких экспериментов практически невозможно ни предугадать, ни проконтролировать.

Если взглянуть на разработку с этой стороны, она не кажется слишком новаторской. При этом создание роботов из живых клеток — следующий шаг к изменениям организмов, к которым приводит деятельность человека.

Ксенобот

Ксеноботы не похожи на традиционных роботов — у них нет блестящих механизмов или роботизированных рук. Они напоминают крошечные шарики движущейся розовой плоти. Исследователи говорят, что эта форма выбрана не случайно — такие программируемые «биологические машины» позволят сделать то, чего не могут обычные роботы из стали и пластика.

Традиционные роботы со временем деградируют — их детали и механизмы изнашиваются, а в случае с медицинскими роботами это может нанести вред здоровью человека. Роботы, созданные из живых клеток, напротив, являются безопасными для здоровья человека и исключают нанесение какого-либо вреда экологии, считают исследователи.

Ксеноботов можно использовать для очистки радиоактивных отходов, сбора микропластиков в океанах или переноса лекарств по сосудам внутри человеческого тела. Ксеноботы выживают в водных средах без дополнительных питательных веществ в течение нескольких дней или недель, что делает их пригодными для внутренней доставки лекарств.

Помимо этих непосредственно практических задач, ксеноботы могут также помочь исследователям узнать больше о клеточной биологии — дальнейшие эксперименты по созданию биороботов дадут ученым представление о том, как клетки взаимодействуют друг с другом в различных сочетаниях.

Это этично?

Исследователи признают, что создание совершенно новых организмов поднимает много этических вопросов — даже если эти организмы не способны думать или чувствовать в привычном понимании. По мере развития технологий научному сообществу, вероятно, придется выработать правила, обеспечивающие этичное отношение к организмам, подобным ксеноботам.

При этом исследователи отмечают, что ксеноботы не являются организмами в привычном смысле слова — они представляют собой набор клеток, которые реагируют на внешнюю стимуляцию.

Что ждет технологию?

Сейчас исследователи сосредоточены на развитии технологии, а не на использовании ксеноботов для решения медицинских или промышленных задач. В частности, ученые пытаются найти механизм, позволяющий клеткам четко взаимодействовать друг с другом внутри организма. Кроме того, инженеры экспериментируют с различными методами стимуляции роботов, в том числе электрическими и химическими сигналами.

Для развития технологии ученым предстоит научиться более точно контролировать процесс роста и взаимодействия разных типов клеток. На данный момент, по словам исследователей, эта цель не выглядит легкодостижимой — как и печать ксеноботов из живых клеток на 3D-принтере в промышленном масштабе. Пока ученые не могут сказать, как технология будет развиваться дальше и с какими ограничениями могут столкнуться разработчики роботов из живых клеток.

Загрузка...