Oamenii de știință broaște proiectate de computer creează primii roboți vii - L Express
Fotografie a unui Xenopus laevis (Xénopus du Cap în franceză) ale cărui celule stem au făcut posibilă modelarea „mașinilor vii” numite logic „Xenobot”.
După ce au simulat prototipul perfect pe un supercomputer, oamenii de știință au sculptat celulele broaște pentru a le transforma în „mașini vii”.
Jumătate roboți, jumătate organisme vii. Oamenii de știință de la Universitățile din Vermont (UMV) și Tufts din Statele Unite au reușit să creeze, prin combinarea unui program de calculator și a celulelor broască, „xenobotoți”. Măsurând câțiva milimetri lățime, aceste organisme vii și programabile sunt, deocamdată, capabile să efectueze doar acțiuni de bază cum ar fi mișcarea, împingerea obiectelor mici și regenerarea după ce au fost rănite. Dar ar putea, într-o zi, să servească drept instrumente medicale, să detecteze contaminările radioactive sau chiar. Curățați oceanele, anunță cercetătorii în studiul publicat luni, 13 ianuarie în revista PNAS.
„Acestea sunt mașini vii noi”, a declarat Josh Bongard, informatician expert în robotică la UVM și coautor al studiului, într-un comunicat de presă. „Nu sunt roboți tradiționali sau o specie de animal. Cunoscuți, ci dintr-o nouă categorie de artefact: un organism viu și programabil ". Aceste creaturi au fost mai întâi proiectate într-un supercomputer UVM și apoi asamblate de biologi de la Tufts care au folosit celule stem de broască. „Ne putem imagina multe aplicații pentru acești roboți vii: detectarea materialelor periculoase sau radioactive, recuperarea microplasticelor prezente în oceane sau chiar călătorirea în interiorul corpului uman pentru a curăța arterele”, explică Michael Levin, directorul Centrului. Of Tufts Biology și, de asemenea, coautor al studiului.
O ființă vie pe măsură
Prima parte a acestui experiment - fiecare pas este detaliat pe Youtube - a început, așadar, în supercomputerul Deep Greende UVM. Informaticienii au folosit un algoritm evolutiv - care este inspirat de teoria evoluției - pentru a simula mii de modele candidate la „o nouă formă de viață”, cu constrângerea respectării regulilor biofizice ale unei celule. Broască. De-a lungul lunilor, acest program a asamblat digital și a reasamblat sute de celule broaște pentru a crea o multitudine de corpuri diferite. Scopul este de a proiecta organismul care este cel mai eficient în îndeplinirea sarcinilor specifice, cum ar fi deplasarea, încercuirea unei ținte și deplasarea acesteia etc. Pe măsură ce testele au progresat, organismele simulate mai puțin competente au fost aruncate, iar restul s-au îmbunătățit. După o sută de teste, cele mai promițătoare modele au fost puse deoparte.
Aceste informații au fost trimise către Tufts, unde a doua echipă a fost responsabilă de aducerea la viață a modelelor de computer. Cercetătorii au colectat mai întâi celule stem ale pielii și ale mușchilor prelevate de la embrionii broaștelor africane din specia Xenopus laevis, de unde și numele xenobots. Apoi un microchirurg le-a „sculptat” cu pensete și electrozi mici, în forma pe care supercomputerul a considerat-o cea mai bună.
"Din moment ce nu am putut prezice modul în care se vor comporta celulele musculare atunci când au fost puse laolaltă, le-am simulat să acționeze aleatoriu", detaliază Josh Bongard, intervievat de L'Express. Cu alte cuvinte, am cerut algoritmului să pună împreună aceste celule laolaltă într-o formă care ne asigură că xenobotii se mișcă întotdeauna așa cum dorim, indiferent de modul în care se comportă celulele musculare în viața reală. " „Algoritmul ne-a permis să prezicem mișcările pe care creaturile urmau să le efectueze conform formei pe care le-am da-le”, rezumă Michael Levin, de asemenea intervievat de L'Express.
Și într-adevăr, odată sculptate, celulele mici au început să se miște așa cum era de așteptat. Iar organismele reconfigurabile s-au deplasat într-un mod coerent pentru a-și explora mediul acvatic timp de zile, dacă nu chiar săptămâni, datorită stocurilor lor de energie embrionară. Mai surprinzător, în timp ce își urmăreau xenobotii prindând viață, cercetătorii au observat că ar putea lucra colectiv, cum ar fi deplasarea în cerc pentru a împinge peletele într-o zonă din centru. „Aceasta este una dintre cele mai uimitoare descoperiri pe care le-am făcut: nu ne-am descărcat algoritmul în celule și nu am transmis nicio informație, celulele pe care le-am sculptat aveau deja propriul lor„ algoritm biologic ”, care le permite să coopereze”, entuziasmează Michael Levin.