Home Svenska Artiklar “Levande” biorobotar: Vad är Xenobots och vad de kan göra?

“Levande” biorobotar: Vad är Xenobots och vad de kan göra?

Svenska Artiklar — December 3, 2021 · 0 Comment

Innehållsförteckning

  • Vad är xenobot?
  • Motivation för att skapa en xenobot
  • Gör den första xenoboten
  • Vad kan xenobotar göra?
  • Framtida beteende hos xenobots
  • Framtida tillämpningar av xenobots
  • Xenobots: ett etiskt dilemma
  • Ett sista ord

    • Xenobot är en levande robot gjord av levande celler. Dess konfiguration och rörelsestil är designad av evolutionära algoritmer på en superdator.

    Tänk om vi kombinerade de senaste framstegen som har gjorts inom områdena beräkningsteknik och bioteknik? Kärleksbarnet i ett sådant äktenskap skulle likna något som forskare nyligen har utvecklat… en levande robot! Ja, en robot som

    lever

    som organismer, men som är

    konstruerad

    av människor.

    Vad är xenobot?

    År 2020 kan vara ökänt för Covid-19-pandemin, men forskare i USA har också uppnått något anmärkningsvärt i år – de utvecklade den första levande roboten. Även om dess storlek för närvarande är mindre än en nypa salt, erbjuder den några lovande framtidsutsikter. Forskare har kallat denna biorobot för en xenobot.

    Till skillnad från typiska robotar är en xenobot en mycket liten robot. Den är inte gjord av metall, plast eller andra syntetiska material. Snarare är den helt sammansatt av organiskt cellulärt material.

    Xenobot kan snurra runt eller rotera in cirklar. Om du vänder den på ryggen kan den vända tillbaka igen, precis som en insekt! I grund och botten är det en konstruerad robot, men den lever!

    Det kan vara svårt att förstå idén om en “levande robot”, och det är okej att bli förbryllad. Enligt forskare är detta en helt ny livsform, något du aldrig lärt dig om i skolan eller högskolan. Innan vi går in på vad en xenobot kan göra och hur den fungerar, låt oss först försöka förstå varför den skapades.

    Motivation för att skapa en xenobot

    Forskare lekte med tanken att ta verkliga celler och manipulera dem för att fungera precis som de ville – ungefär som andra robotar som utvecklats under de senaste åren. Så forskarna vid Tufts University och University of Vermont tog stamceller från embryot till en afrikansk groda (Xenopus Laevis). Stamcellerna som forskarna tog var av två typer: hudceller och hjärtceller.

    Xenopus laevis, en groda vars stamceller användes för att skapa den första xenoboten (Foto: Brian Gratwicke/Wikimedia Commons)

    Hudceller var utvalda för sin tendens att binda sig naturligt, medan hjärtceller valdes ut för sin förmåga att slappna av och dra ihop sig. Tanken var att kombinera hudceller och hjärtceller på ett specifikt sätt för att omvandlas till en funktionell struktur med lokomotivkapacitet. Det var just forskarnas syfte: att utveckla en organisk robot med en distinkt rörelsestil.

    Gör den första xenoboten

    Modellering med superdatorer och evolutionära algoritmer

    Det första forskarna gjorde för att skapa en xenobot var att mata in inspelad data från stamceller till en evolutionär algoritm på en superdator. Baserat på dessa data genererade superdatorn omedelbart miljontals cellkonfigurationer, som sedan kunde granskas av forskare för det önskade resultatet. De evolutionära algoritmerna som används här tog ledtrådar från naturligt urval för att konfigurera en xenobot som liknar en riktig organism.

    Syftet med forskarna som arbetade med den första xenoboten var att uppnå önskad typ av rörelse. Således flyttades endast den bästa konfigurationen som kunde producera den önskade rörelsen till nästa utvecklingsstadium. Efter att ha kört hundratals tester för att få rätt konfiguration valdes endast ett fåtal datorgenererade konfigurationer.

    Således, genom att utnyttja kraften hos superdatorer och evolutionära algoritmer, lyckades forskare äntligen komma fram till en plan för en ny livsform.

    Allt de behövde göra var att skapa dem! Låter enkelt, eller hur? Tja… det är det inte.

    Skulptera med pincett och pincett

    För att förvandla den datortillverkade designen till verklighet använde forskare en liten pincett och pincett under ett mikroskop för att mödosamt utföra mikrokirurgi för att slå samman dessa stamceller. Forskare var tvungna att ta en cell i taget, koppla den till en annan och upprepa denna process tills den slutliga strukturen bestående av 2000 celler gjordes. Lyckligtvis har celler en naturlig tendens att hålla ihop, så forskare hade medvind i sina ansträngningar. Ändå var det en mödosam och tidskrävande process med tanke på att tusentals celler var inblandade. Efter att ha slitit i många timmar var sammansättningen av celler klar, och en ny organism skapades!

    Modellerad xenobot (vänster), riktig xenobot (höger), (Foto: Sam Kriegman/Wikimedia Commons)

    Vad kan xenobots göra?

    Dessa nyskapade xenobots kan driva sig själva, resa i en rak linje, eller helt enkelt röra dig i cirklar. Första generationens xenobots kunde bara leva i cirka 7-10 dagar, men intressant nog, eftersom de är gjorda av levande celler, kan de läka sig själva under hela sin livstid. De kunde till och med återhämta sig trots att de slitits till hälften!

    Allt detta låter ganska spännande , men det finns några element av freakiness i dessa xenobots, varav en är något som kallas emergent beteende.

    Framväxande beteende hos xenobots

    Även om vi har en rättvis uppfattning om celler och hur de fungerar, händer något konstigt när du staplar dem i stora högar. Detta kallas uppträdande beteende kommer ut från starkt sammankopplade celler, men vad är framväxande beteende?

    Det finns vissa funktioner som en fristående cell inte kan utföra, men när flera celler grupperas tillsammans kan funktionerna uppnås. Denna beteendeförändring från en enskild cell till en flercellig struktur exemplifieras i oss – människor. Vi har biljoner celler i våra kroppar, men ingen av cellerna har ett eget medvetande. Men när du kombinerar dem i en specifik konfiguration, dvs kroppen, kommer medvetandet fram.

    Även om den första generationens xenobot bestod av två tusen celler, kommer vi sannolikt att skala upp dem i framtiden. Det är då många forskare tror att framväxande beteende skulle uppträda på mer anmärkningsvärda sätt.

    T.ex. , på grund av framväxande beteende, kunde xenobots ändra sin väg på egen hand, eller vända och gå tillbaka till där de kom ifrån. Eller så kan de kommunicera med andra xenobots och arbeta tillsammans på en uppgift.

    Så, medan vi har gjort en xenobot i miniatyr som skulle fungera som forskare vill, i framtiden kanske xenobotar utvecklar medvetande och kan tänka på egen hand! För ordens skull är det bara

    ett

    av de möjliga resultaten, och vi har ännu inte sett några konkreta bevis på framväxande beteende i xenobots.

    Vårt mål är att göra xenobots som kan förbättra våra liv. Specifikt vill vi anställa dem för att lösa problem som plågar vår planet. Det finns några spelomvälvande framtida användningar av xenobots som har föreslagits. Låt oss titta på några av dem!

    Framtida tillämpningar av xenobots

    Upptäcka tumörceller och rengöra tilltäppta artärer

    Det medicinska området anses vara den största förmånstagaren av framsteg inom xenobot-teknik. I framtiden kan forskare utveckla xenobots för att upptäcka och bekämpa cancer.

    Utmaningen som forskare För närvarande står inför när de tar bort tumörceller att när de sätter in ett främmande föremål för att arbeta på tumören, känner kroppen omedelbart igen den som en främmande kropp och börjar ett immunsvar.

    Detta immunsvar kan orsaka ytterligare komplikationer i den övergripande cancerbehandlingen. Med xenobots är det möjligt att göra dem från den faktiska patientens celler. På detta sätt, när xenobots sätts in i kroppen för att upptäcka/ta bort tumörceller, skulle kroppen inte behandla dem som en främmande enhet, vilket innebär att oönskade immunsvar kan undvikas.

    På liknande sätt skulle xenobots kunna sättas in i hjärtpatienters artärer för att åtgärda farlig igensättning. Även med dessa få syften skulle xenobots bli ett revolutionerande element inom det medicinska området.

    Rengöring av hav och andra vattendrag

    Tillämpningarna av dessa biobotar är inte bara begränsade till det medicinska området. Xenobots kan också bli vår planets räddare!

    På grund av ökad industriell aktivitet under de senaste decennierna har haven och andra vattendrag på planeten blivit hårt förorenade, eftersom avfallsmaterial från industrier och fabriker vårdslöst dumpas i hav och närliggande vattendrag. Sålunda är vattendrag nedsänkta med mikroplaster, som inte lätt kan återvinnas eller bearbetas.

    Kanske i framtiden kan forskare utveckla xenobots som kan upptäcka och bryta ner dessa mikroplaster. Om inte, kunde de åtminstone samla dem och klumpa ihop dem. Kanske skulle dessa xenobots till och med kunna användas för att upptäcka radioaktiva föroreningar i hav eller andra misstänkta platser.

    Xenobots: ett etiskt dilemma

    Nu,

    världsräddande xenobots

    låter säkert som en cool idé, men det finns andra konsekvenser. Om du tänker efter så är xenobots varken maskiner eller djur. De är något helt nytt – något mittemellan. Så vi kanske behöver omdefiniera hur vi kategoriserar levande och icke-levande saker.

    Forskare har erkänt att medan den nuvarande generationen bara innehåller celler från huden och hjärtat, kan framtida generationens xenobots vara c består av celler från nervsystemet, blodkärl eller till och med reproduktiva delar. Dessa tillägg kräver säkert en omdefiniering av vad vi betraktar som “liv”.

    Makinetikexperten Michael Anderson anser att tillämpade etiker bör involveras i de tidiga stadierna av skapandet och utvecklingen av dessa fundamentalt nya livsformer så att deras ansvar och rättigheter kan formuleras.

    När allt kommer omkring, när dessa xenobots är tillräckligt avancerade för att ha kognitiva förmågor, skulle vi behöva ha ett ramverk på plats som tydligt definierar deras roller och rättigheter.

    Forskare som arbetar med den första generationens xenobots har fullt ut erkänt dessa etiska problem och har kallat dem outforskat territorium. De har bjudit in folk att delta och diskutera de framtida konsekvenserna av denna nya ras av bots. På så sätt kan även allmänheten förstå vilken utveckling som sker. Genom att delta i diskussionen kan beslutsfattare utarbeta bättre policyer för att reglera dem och se till att vi gör något bra med denna otroliga teknik.

    A sista ord

    Forskarnas arbete vid Tufts universitet är bara inkubationen skede av ett helt nytt område av tillämpad vetenskap. Framtida studier kommer att undersöka möjligheten att skapa större och mer användbara xenobots som kan lösa verkliga problem. Framtidens Xenobots skulle kunna leverera droger, täppa igen blockerade artärer, städa upp mikroplaster och upptäcka förekomsten av giftiga material – allt detta kan leda till en helt annan framtid!