Ксеноботи: Живі роботи, або Що створили американські вчені

Американські експерти з робототехніки вперше розробили робота з живих клітин земноводного. Суміш тварини та комп’ютерної системи можуть використовувати в медицині для точкового лікування пацієнтів, передають Патріоти України з посиланням на НВ.

Зокрема, сучасні експерименти з різними видами клітин можуть дозволити нам створювати штучне м’ясо без шкоди для тварин, відновлювати структуру сітківки ока, боротися зі старінням і віковими захворюваннями, лікувати пошкоджені ділянки мозку, печінки і навіть позбавитися ВІЛ.

Ще більш цікавим може виявитися використання живих клітин різних організмів для створення роботизованої техніки. Поки поняття «робот» чи навіть «штучний інтелект» обмежується набором апаратного та програмного забезпечення, які створює людина за допомогою різних матеріалів (у більшості випадків — напівпровідників).

Але нещодавно група вчених з декількох університетів США опублікувала дослідження, згідно з яким вони розробили першого в світі робота, заснованого на живих клітинах.

По суті, винахід став першою в історії людства живою машиною, яку можна запрограмувати на виконання певних дій. Незважаючи на свій крихітний розмір, живі роботи можуть принести людям величезну користь.

НВ розбиралося, як вченим вдалося об'єднати комп’ютерну систему і живий організм, чи можуть ці створіння вийти з-під контролю людини і до чого вони можуть призвести.

Ксеноботи — нове слово в робототехніці

Так, свій винахід біологи та фахівці з робототехніки з Вермонтского університету і Університету Тафтса назвали саме ксенобот. Це визначення включає латинську назву африканських жаб (хenopus laevis), клітини яких і взяли за основу нового організму, а також скорочене «бот» від чеського «robot».

Згідно з прес-релізом про дослідження, вчені спершу спроектували незвичайний організм за допомогою суперкомп’ютера, а потім пристосували живі клітини ембріонів жаб до абсолютно нової форми життя.

Одержаний ксенобот може «самостійно рухатися, відновлюватися і лікувати себе, і є абсолютно новою живою машиною, яка не належить ані до традиційних роботів, ані до будь-якого відомого виду тварин».

«Ми можемо уявити собі безліч корисних застосувань цих живих роботів, які не можуть виконати інші машини. Наприклад, пошук шкідливих сполук або радіоактивного забруднення, збір мікропластику в океанах, очищення артерій людини і т. д.», — говорить автор дослідження, керівник Центру регенеративної біології та біології розвитку в Університеті Тафтса Майкл Левін.

Вчені вже використовують різні живі організми для експериментів з редагуванням генома, виведенням нових видів і створенням модифікованих копій відомих нам тварин. Але дослідники з США провели перший у своєму роді експеримент і створили, як вони це називають, «повністю біологічну машину з нуля».

Основою для цього відкриття став суперкомп’ютер Deep Green, одна лише модернізація якого влітку 2019-го коштувала мільйон доларів. Як заявив представник Вермонтского університету Діллон Маккарті, «Deep Green являє собою кластери з 80 високопродуктивних графічних процесорів (GPU), а загальну потужність суперкомп’ютера можна порівняти з 20 тис. ноутбуків, які працюють одночасно».

Ці обчислювальні потужності використовували для того, щоб виконати складний еволюційний алгоритм і підібрати саме такі клітини, які задовольняли б запити вчених. Зокрема, комп’ютер шукав відповідні клітини шкіри і серця, засновані на стовбурових клітинах африканських жаб, які могли б функціонувати за певних умов.

Пізніше, зібрані у ембріонів Xenopus laevis клітини розділяли на частини і за допомогою електродів з'єднували згідно з моделлю, яку запропонував суперкомп’ютер. Отримані клітини сформували організм, який ніколи не існував в природі, при цьому вчені могли ним керувати і в прямому сенсі програмувати його на виконання дій.

Щоправда, «функціонал» ксенобота поки досить невеликий: за допомогою групи таких роботів автори експерименту могли пересувати невеликі об'єкти. З огляду на те, що розмір одного ксеннобота лише 1 мм, обсяг їхнього максимального «вантажу» також дуже незначний.

Творці «кібер-жаб» планують використовувати своє дітище для точкової доставки ліків в організм людини. У перспективі ксеноботи можуть вирішувати глобальні проблеми на кшталт збору мікропластику в океану і пошуку радіоактивних речовин.

Новий Термінатор?

Деякі користувачі мережі одразу ж почали жартувати про те, що ксеноботів потрібно знищити, оскільки вони можуть привести до зомбі-апокаліпсису і втілити в життя сюжети фантастичних фільмів Термінатор і Чужий.

Кілька передумов для негативного ставлення до ксеноботів дійсно є: ці організми поки ніяк не класифікували, вони можуть працювати в групі, відновлювати свою структуру (навіть якщо їх розрізати навпіл), жити до декількох тижнів без отримання поживних речовин і, найголовніше, в основі їх роботи лежить скорочення живих м’язів, реалізоване через модифіковані клітини серця африканської жаби.

Проте, перебільшувати владу ксеноботів поки не варто: крім того, що вони повністю контролюються людьми, ці роботи можуть існувати в прісній воді за температури від 4,5 до 26,5 градусів Цельсія і мають величезний недолік, — ксеноботи, подібно до жуків, стають безпорадними, якщо їх перевернути на спину.

Благо, ксеноботів також не навчили розмножуватися. Та й, в цілому, поки у нових організмів очевидно більший потенціал для творення, ніж для руйнування: виконавши свою роботу, через сім днів ксеноботи стають повністю здатні біологічно руйнуватися і перетворюються на мертві клітини. У цьому сенсі вони перевершують імпланти з будь-яких матеріалів, які можуть імплантувати в організм людини.

Хоча, теоретично, живі роботи можуть повести себе непередбачувано, і враховуючи, що автори дослідження опублікували всю інформацію про свій винахід на онлайн-платформі для розробки програмного забезпечення GitHub, недоброзичливці з хорошими знаннями і зайвим суперкомп’ютером можуть перетворити ксеноботів, наприклад, на біологічну зброю. Краще, звичайно, якщо сторонні розробники будуть тільки вдосконалювати новий вид роботів.

Якщо ж брати сухі факти — у ксеноботів немає як таких мозку, нервової системи і складаються вони всього з 500−1000 клітин, чого явно не вистачить для того, щоб поневолити людство.

Клітинне майбутнє

Варто відзначити, що головним відкриттям американських вчених є не сама собою розробка ксеноботів, а в цілому факт успішного об'єднання комп’ютерної системи і живих клітин. У перспективі, подібні технології можуть дозволити нам створювати найекзотичніші організми, які слугуватимуть в якості матеріалів і пристроїв для виконання складних завдань і полегшення життя людини.

«Ксеноботи на 100% збігаються з ДНК жаб — але це не жаби. Як ми показали, за допомогою цих клітин жаб можна створювати цікаві живі форми, які повністю відрізняються від їхньої первісної анатомії», — каже біолог Майкл Левін з Університету Тафтса.

Як пояснює провідний автор дослідження з Вермонтского університету Джош Бонград, у світі технологій люди досі використовують матеріали на кшталт пластика, сталі або бетону. Вони можуть бути міцними, гнучкими і мати різні властивості, але, так чи інакше, є токсичними і призводять до забруднення планети.

Живі організми, які з’явилися на Землі близько 4 млрд років тому, навпаки, навчилися регенеруватися й існувати без шкоди для навколишнього середовища. Подальші вивчення того, як клітини взаємодіють одна з одною допоможуть нам за допомогою комп’ютерних систем створити нові функціональні форми життя.

І річ тут не тільки в зв’язках між нейронами, які намагаються скопіювати розробники просунутої комп’ютерної техніки в своїх спробах знайти ключ до повноцінного штучного інтелекту.

Можливо, майбутнє робототехніки стоїть не за утопічними цифровими системами, які можуть самостійно думати, відчувати та приймати рішення, а саме за різними варіаціями ксеноботів. Контролювати і визначати їхні функції можна буде за допомогою маніпуляцій біохімічними процесами в їхніх клітинах, ну а варіанти об'єднання цих клітин для створення найстійкіших організмів знайдуть суперкомп’ютери на кшталт Deep Green.

Страшно подумати, що буде коли Google або IBM, нарешті, представлять перший ефективний квантовий комп’ютер.

«Якщо людство планує вижити в майбутньому, нам потрібно краще зрозуміти, як складні властивості якимось чином виникають з простих правил… Першим кроком до цього є дослідження: як живі системи вирішують, якою має бути їхня спільна поведінка, і як ми маніпулюємо їхніми частинами, щоб отримати таку поведінку, яку нам потрібно?», — каже Левін.

За словами вченого, їхнє дослідження — це прямий внесок у розуміння того, чого бояться люди, і шлях до появи повноцінних безпілотних автомобілів, генної модифікації для знищень небезпечних вірусів і багатьох інших автономних систем для поліпшення життя людини.

Творці ксеноботів вважають, що в існуючих живих організмах вже закладені рішення цих проблем, і нам залишилося лише вивчити їх до кінця, направивши в потрібне русло.

Так що не виключено, що в найближчому майбутньому диво-жаби і їхні численні варіації стануть нашими незамінними помічниками, і в кожній аптечці буде пара-трійка «живих» ліків, які лікують від усіх хвороб.