หุ่นยนต์มีชีวิต: ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์ก็สร้างสิ่งมีชีวิตจากหุ่นยนต์

• เขียนโดย:
• ชื่อผู้เขียน

  มองการณ์ไกลควอนตัมรัน
• December 8, 2022

สรุปข้อมูลเชิงลึก

นักวิทยาศาสตร์กำลังทดลองสร้างหุ่นยนต์จากเนื้อเยื่อชีวภาพแทนโลหะและพลาสติก ศักยภาพของหุ่นยนต์ที่มีชีวิตเหล่านี้มีอยู่มากมาย ตั้งแต่การพัฒนายา การรักษา ไปจนถึงหุ่นยนต์นาโน สิ่งมีชีวิตลูกผสมเหล่านี้ไม่เพียง "มีชีวิต" เท่านั้น แต่ยังตั้งโปรแกรมได้อีกด้วย

บริบทของหุ่นยนต์ที่มีชีวิต

ในปี 2020 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเวอร์มอนต์และมหาวิทยาลัยทัฟส์ในสหรัฐอเมริกาได้สร้างหุ่นยนต์ที่มีชีวิตโดยใช้เซลล์จากกบกรงเล็บแอฟริกัน (Xenopus laevis). หุ่นยนต์ที่มีชีวิตเหล่านี้เรียกว่า Xenobots มีความสามารถที่โดดเด่น พวกเขาสามารถรักษาตัวเองได้เมื่อได้รับความเสียหาย คล้ายกับกระบวนการบำบัดในสิ่งมีชีวิตตามธรรมชาติ นอกจากนี้ พวกมันก็สลายตัวไปเมื่องานของพวกเขาสำเร็จ ซึ่งสะท้อนวงจรชีวิตของสิ่งมีชีวิตอินทรีย์

ซีโนบอทเหล่านี้วัดได้ไม่เกิน 1 มิลลิเมตร กระบวนการออกแบบของพวกเขาเกี่ยวข้องกับอัลกอริธึมที่ซับซ้อนที่ทำงานบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ซึ่งแทบจะ "พัฒนา" พวกมัน อัลกอริธึมนี้เริ่มต้นด้วยการกำหนดค่าสามมิติที่หลากหลาย โดยใช้ผิวหนังกบและเซลล์หัวใจจำนวน 500 ถึง 1,000 เซลล์ การกำหนดค่าแต่ละอย่างแสดงถึงการออกแบบที่เป็นไปได้สำหรับ Xenobots จากนั้น ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จะทดสอบการออกแบบแต่ละชิ้นแบบเสมือนจริง เพื่อประเมินประสิทธิภาพในการทำหน้าที่ที่จำเป็น เช่น การเคลื่อนไหวเพื่อตอบสนองต่อจังหวะการหดตัวของเซลล์หัวใจ

การออกแบบที่ประสบความสำเร็จสูงสุดนำไปสู่การพัฒนาต้นแบบรุ่นต่อไป ต้นแบบเหล่านี้ผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดเพื่อประเมินประสิทธิภาพในงานชุดต่างๆ เซลล์หัวใจทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์ขนาดเล็ก หดตัวและผ่อนคลายเพื่อขับเคลื่อนหุ่นยนต์ กลไกทางชีววิทยานี้ทำให้ซีโนบอทสามารถเคลื่อนที่ได้โดยอัตโนมัติ เซลล์เหล่านี้กักเก็บพลังงานชีวภาพเพียงพอต่อการดำรงชีวิตของหุ่นยนต์ตั้งแต่หนึ่งสัปดาห์จนถึงสิบวัน

ผลกระทบก่อกวน

ในปี 2021 ทีมงานได้ปรับปรุงต้นแบบ Xenobot ให้เร็วขึ้น นำทางในสภาพแวดล้อมต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น Xenobots ใหม่เหล่านี้ยังสามารถทำงานร่วมกันเป็นกลุ่มและรักษาตัวเองได้หากได้รับความเสียหาย ในแนวทาง "จากบนลงล่าง" ของการสร้าง Xenobots 1.0 หุ่นยนต์ขนาดมิลลิเมตรถูกสร้างขึ้นโดยการจัดวางเนื้อเยื่อและการผ่าตัดสร้างผิวหนังของกบและเซลล์หัวใจ รุ่นถัดไปใช้วิธี "จากล่างขึ้นบน" ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ทีมนักชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยทัฟส์เริ่มต้นด้วยสเต็มเซลล์ที่นำมาจากตัวอ่อนของกบแอฟริกา จากนั้นเซลล์เหล่านี้จะถูกปล่อยให้พัฒนาและเติบโตเป็นทรงกลม ซึ่งเซลล์บางเซลล์จะแยกความแตกต่างหลังจากผ่านไปสองสามวันเพื่อสร้าง cilia (Cilia เป็นเส้นโครงเล็ก ๆ ที่ดูเหมือนเส้นผมและเคลื่อนที่ไปมาหรือหมุนในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง) 

Xenobots ดั้งเดิมใช้เซลล์หัวใจที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวแบบวิ่งเร็ว แต่บอททรงกลมใหม่ได้รับการเคลื่อนไหวจาก cilia ในกบและมนุษย์ มักพบ cilia บนผิวเมือก เช่น ในปอด ซึ่งช่วยกำจัดเชื้อโรคและสิ่งแปลกปลอมอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ใน Xenobots พวกมันถูกเปลี่ยนจุดประสงค์เพื่อให้เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วบนพื้นผิว

Xenobots ใหม่เร็วกว่าและดีกว่ามากในงานต่างๆ เช่น การรวบรวมขยะ มากกว่ารุ่นปี 2020 พวกมันสามารถทำงานร่วมกันเป็นฝูงเพื่อกวาดผ่านจานเพาะเชื้อและรวบรวมอนุภาคเหล็กออกไซด์ที่กองใหญ่ขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถครอบคลุมพื้นผิวเรียบขนาดใหญ่หรือเดินทางผ่านเส้นเลือดฝอยแคบๆ การศึกษาเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าบอทชีวภาพเหล่านี้มีพฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้นในอนาคต ตัวอย่างเช่น คุณสมบัติหลักอย่างหนึ่งของหุ่นยนต์คือสามารถจดจำและใช้ข้อมูลในอดีตเพื่อเปลี่ยนพฤติกรรมได้ และเมื่อมันเกิดขึ้น การอัพเกรด Xenobot ล่าสุดก็รวมคุณสมบัติที่สำคัญอีกอย่าง: ความสามารถในการบันทึกข้อมูล

นอกจากนี้ เนื่องจากคุณลักษณะเฉพาะของพวกมัน นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าหุ่นยนต์รุ่นต่อไปอาจถูกนำไปใช้งานในงานต่างๆ เช่น การทำความสะอาดมลพิษไมโครพลาสติกในมหาสมุทร การย่อยสารพิษ การส่งยาภายในร่างกาย หรือการกำจัดคราบจุลินทรีย์จากผนังหลอดเลือดแดง

ผลกระทบของหุ่นยนต์ที่มีชีวิต

ความหมายที่กว้างขึ้นของหุ่นยนต์ที่มีชีวิตอาจรวมถึง: 

• หุ่นยนต์ที่มีชีวิตถูกฉีดเพื่อรักษาความผิดปกติทางระบบประสาท เช่น โรคอัลไซเมอร์และโรคพาร์กินสัน ผ่านคุณสมบัติในการซ่อมแซมตัวเอง
• หุ่นยนต์ที่มีชีวิตจะทดสอบว่าเซลล์มีปฏิกิริยาอย่างไรต่อยาและปริมาณยาต่างๆ เร่งการพัฒนายาและทำให้ปลอดภัยยิ่งขึ้น
• หุ่นยนต์ที่มีชีวิตใช้เพื่อทำลายไมโครพลาสติกและอนุภาคนาโนอื่นๆ
• นักวิทยาศาสตร์ใช้หุ่นยนต์มีชีวิตกลุ่มต่างๆ เพื่อทำการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับเซลล์และสิ่งมีชีวิตสำหรับเวชศาสตร์ฟื้นฟู
• การถกเถียงกันมากขึ้นว่าหุ่นยนต์ที่มีชีวิตควรถูกจัดประเภทเป็นเครื่องจักรหรือสิ่งมีชีวิตที่มีสิทธิหรือไม่
• ธุรกิจด้านเภสัชกรรมและการดูแลสุขภาพหันมาใช้เทคโนโลยีหุ่นยนต์ที่มีชีวิตเพื่อการจัดส่งยาแบบกำหนดเป้าหมาย นำไปสู่การรักษาที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
• หน่วยงานด้านสิ่งแวดล้อมใช้หุ่นยนต์ที่มีชีวิตในกระบวนการบำบัดทางชีวภาพ เพื่อทำความสะอาดแหล่งน้ำและดินที่ปนเปื้อนอย่างมีประสิทธิภาพ
• การเกิดขึ้นของแนวปฏิบัติและกฎระเบียบด้านจริยธรรมโดยรัฐบาลเพื่อดูแลการใช้งานหุ่นยนต์ที่มีชีวิต ทำให้เกิดการพัฒนาและการประยุกต์ใช้อย่างมีความรับผิดชอบในด้านต่างๆ

คำถามที่ต้องพิจารณา

• อะไรอีกบ้างที่หุ่นยนต์ที่มีชีวิตสามารถปรับปรุงการวิจัยทางการแพทย์ได้?
• คุณคิดว่าหุ่นยนต์มีชีวิตจะถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอื่นอย่างไร?