Živí roboti: Vědci konečně vytvořili živé věci z robotů

• Autor:
• jméno autora

  Quantumrun Foresight
• 8. prosince 2022

Shrnutí statistik

Vědci experimentují s vytvářením robotů z biologických tkání namísto kovu a plastu. Potenciál těchto živých robotů je obrovský – od vývoje léků přes terapeutika až po nanorobotiku. Nejen, že jsou tyto hybridní organismy „živé“, ale jsou také programovatelné.

Kontext žijících robotů

V roce 2020 vytvořili vědci z University of Vermont a Tufts University v USA živé roboty pomocí buněk z africké žáby drápaté (Xenopus laevis). Tito živí roboti, označovaní jako Xenoboti, vykazovali pozoruhodné schopnosti. Při poškození by se mohly samy uzdravit, podobně jako u přírodních organismů. Navíc se rozpadly, jakmile byl jejich úkol splněn, což odráželo životní cyklus organických bytostí.

Tito xenoboti neměřili více než 1 milimetr. Jejich návrhový proces zahrnoval sofistikovaný algoritmus fungující na superpočítači, který je virtuálně „vyvíjí“. Tento algoritmus začal s rozmanitou škálou trojrozměrných konfigurací s použitím 500 až 1,000 XNUMX žabích kožních a srdečních buněk. Každá konfigurace představovala potenciální design pro Xenoboty. Superpočítač pak každý návrh virtuálně otestoval a vyhodnotil, jak efektivně vykonával základní funkce, jako je pohyb v reakci na rytmické stahy srdečních buněk.

Nejúspěšnější návrhy vedly k vývoji prototypů nové generace. Tyto prototypy prošly přísným testováním, aby se vyhodnotila jejich účinnost v řadě úkolů. Srdeční buňky fungovaly jako miniaturní motory, stahovaly se a uvolňovaly, aby poháněly roboty. Tento biologický mechanismus umožnil Xenobotům pohybovat se autonomně. Tyto buňky uchovávaly dostatek biologické energie, aby udržely roboty týden až deset dní.

Rušivý dopad

V roce 2021 tým vylepšil svůj prototyp Xenobota, aby byl rychlejší, procházel různými prostředími efektivněji a měl delší životnost. Tito noví Xenoboti mohou stále spolupracovat ve skupinách a sami se léčit, pokud se poškodí. V přístupu „shora dolů“ konstrukce Xenobotů 1.0 byly milimetrové automaty vyrobeny umístěním tkáně a chirurgickým tvarováním kůže žáby a srdečních buněk. Další verze používá efektivnější přístup „zdola nahoru“.

Tým biologů z Tufts University začal s kmenovými buňkami odebranými z embryí africké žáby. Tyto buňky se pak nechaly vyvinout a vyrostly do sféroidů, kde se některé buňky po několika dnech diferencovaly a vytvořily řasinky. (Cilia jsou drobné výběžky, které vypadají jako vlasy a pohybují se tam a zpět nebo rotují určitým způsobem.) 

Původní xenoboti využívali přirozeně se vyskytující srdeční buňky k vytvoření plíživého pohybu, ale noví sféroidní boti získávají svůj pohyb z řasinek. U žab a lidí se řasinky obvykle nacházejí na slizničních površích, jako jsou plíce, které pomáhají odstraňovat patogeny a další cizí materiál. Na Xenobotech však byly přepracovány tak, aby poskytovaly rychlý pohyb po povrchu.

Noví Xenoboti jsou mnohem rychlejší a lepší v úkolech, jako je sběr odpadu, než model z roku 2020. Dokážou spolupracovat v roji, aby proletěli Petriho miskou a shromáždili větší hromady částic oxidu železa. Mohou také pokrývat velké ploché povrchy nebo cestovat úzkými kapilárami. Tyto studie naznačují, že tito biologičtí roboti jsou v budoucnu schopni komplexnějšího chování. Jedním z primárních rysů robotiky je například to, že si dokáže zapamatovat a použít minulé informace ke změně svého chování. A jak už to tak bývá, nejnovější upgrade Xenobota obsahoval další významnou funkci: kapacitu pro záznam dat.

Navíc díky svým jedinečným vlastnostem vědci říkají, že budoucí verze robotů by mohly být použity v úkolech, jako je čištění mikroplastického znečištění v oceánech, trávení toxických materiálů, dodávání léků do těla nebo odstraňování plaku ze stěn tepen.

Důsledky živých robotů

Širší důsledky živých robotů mohou zahrnovat: 

• Živí roboti jsou injektováni k léčbě neurologických poruch, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba, prostřednictvím jejich samoopravných vlastností.
• Živí roboti testující, jak buňky reagují na různé léky a dávky, urychlují vývoj léků a činí je bezpečnějšími.
• Živí roboti využívaní k ničení mikroplastů a dalších nanočástic.
• Vědci používají různé skupiny živých robotů k provádění hlubšího výzkumu buněk a organismů pro regenerativní medicínu.
• Rostoucí diskuse o tom, zda by živé roboty měly být klasifikovány jako stroje nebo živé bytosti s právy.
• Podniky ve farmacii a zdravotnictví přecházejí na začlenění technologie živých robotů pro cílené podávání léků, což vede k přesnějším a účinnějším léčebným postupům.
• Environmentální agentury využívající živé roboty pro bioremediační procesy, které účinně čistí kontaminované vodní útvary a půdu.
• Vznik etických směrnic a nařízení ze strany vlád, které dohlížejí na používání živých robotů, zajišťují odpovědný vývoj a aplikaci v různých oblastech.

Otázky k zamyšlení

• Jaké jsou další způsoby, jak mohou živí roboti zlepšit lékařský výzkum?
• Jak se podle vás budou živí roboti využívat v jiných odvětvích?