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生きているロボット: 科学者はついにロボットから生き物を作りました

科学者たちは、自己修復し、ペイロードを運ぶことができ、医学研究に革命を起こす可能性のある生物学的ロボットを作成しました。

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クォンタムラン・フォーサイト
2022 年 12 月 8 日

洞察の要約

科学者たちは、金属やプラスチックの代わりに生体組織からロボットを作成する実験を行っています。これらの生きたロボットの可能性は、医薬品開発から治療学、ナノロボティクスに至るまで計り知れません。これらのハイブリッド生物は「生きている」だけでなく、プログラムすることもできます。

生きているロボットのコンテキスト

2020年、米国のバーモント大学とタフツ大学の研究者は、アフリカツメガエルの細胞を使って生きたロボットを作成した（アフリカツメガエル）。ゼノボットと呼ばれるこれらの生きたロボットは、驚くべき能力を発揮しました。自然生物の治癒プロセスと同様に、損傷を受けた場合でも自己修復することができます。さらに、それらは任務が完了すると分解し、有機生物のライフサイクルを反映します。

これらのゼノボットのサイズはわずか 1 ミリメートルでした。彼らの設計プロセスには、スーパーコンピューター上で動作する高度なアルゴリズムが含まれており、それが仮想的にそれらを「進化」させます。このアルゴリズムは、500 ～ 1,000 個のカエルの皮膚細胞と心臓細胞を使用した、さまざまな XNUMX 次元構成から始まりました。それぞれの構成は Xenobot の潜在的な設計を表しています。次に、スーパーコンピューターは各設計を仮想的にテストし、心臓細胞のリズミカルな収縮に応じて動くなど、重要な機能がどの程度効果的に実行されるかを評価しました。

最も成功した設計は、次世代のプロトタイプの開発につながりました。これらのプロトタイプは、一連のタスクにおける効率を評価するために厳格なテストを受けました。心臓細胞は小型エンジンとして機能し、収縮したり弛緩したりしてロボットを推進させた。この生物学的メカニズムにより、ゼノボットは自律的に移動することが可能になりました。これらの細胞は、ロボットを 1 週間から 10 日間維持するのに十分な生物学的エネルギーを蓄えていました。

破壊的な影響

2021 年、チームは Xenobot プロトタイプを改良し、より高速で、さまざまな環境をより効率的にナビゲートし、寿命を延ばしました。これらの新しい Xenobot は、グループで協力して動作し、損傷した場合でも自分自身を修復できます。 Xenobots 1.0 を構築する「トップダウン」アプローチでは、組織の配置と、カエルの皮膚と心臓の細胞の外科的成形によって、ミリメートルサイズのオートマトンが作成されました。次のバージョンでは、より効率的な「ボトムアップ」アプローチを採用しています。

タフツ大学の生物学者チームは、アフリカのカエルの胚から採取した幹細胞から始めました。次に、これらの細胞を放置してスフェロイドに成長させ、数日後に細胞の一部が分化して繊毛を生成しました。 (繊毛は髪の毛のように見える小さな突起で、前後に動いたり、特定の方法で回転したりします。)

オリジナルの Xenobots は、自然に発生する心臓細胞を使用して自走運動を作成しましたが、新しい回転楕円体ボットは、繊毛から移動を取得します。カエルやヒトでは、繊毛は通常、肺のような粘膜表面に見られ、病原体やその他の異物を除去するのに役立ちます. ただし、Xenobots では、サーフェス全体をすばやく移動できるように用途が変更されています。

新しい Xenobots は、2020 年モデルよりもはるかに高速で、ガベージコレクションなどのタスクが優れています。それらは群れを成してペトリ皿を一掃し、より大きな酸化鉄粒子の山を集めることができます。また、大きな平らな表面をカバーしたり、狭い毛細血管を通過したりすることもできます。これらの研究は、これらの生物学的ボットが将来、より複雑な行動をとることができることを示唆しています。たとえば、ロボット工学の主な特徴の XNUMX つは、過去の情報を記憶し、それを使用して行動を変えることができることです。偶然にも、最新の Xenobot のアップグレードには、データを記録する機能という別の重要な機能が含まれていました。

さらに、ロボットの独自の機能により、将来のバージョンのロボットは、海洋のマイクロプラスチック汚染の除去、有毒物質の消化、体内への薬物の送達、動脈壁からのプラークの除去などのタスクに使用される可能性があると科学者は述べています。