Штучний інтелект допоміг створити перших живих роботів

Чотириногий ксенобот
Чотириногий ксенобот. Джерело: Douglas Blackiston, Університет Тафтса.

Дослідники створили нову форму життя – перших роботів, побудованих цілком з живих клітин. Це стало можливим, головним чином, завдяки штучному інтелекту, який надав інструкції для їх створення. Ці істоти можуть спричинити зсув у медицині, екології та нашому фундаментальному розумінні природи.

Детальний опис створення нової, програмованої форми організму викладений у статті в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Це нові живі машини. Вони не є ані традиційним роботом, ані відомим видом тварин. Це новий клас об’єктів: живий, програмований організм”,

– каже Джошуа Бонгард, науковець у галузі комп’ютерних наук та експерт з робототехніки Вермонтського університету, який керував новим дослідженням.

Внесок штучного інтелекту

Сучасні алгоритми машинного навчання – це не ШІ зі стрічки “Матриця”, однак цілком реальний та вельми корисний інструмент. Він допомагає обробляти інформацію у масштабах за межами здібностей людини, відкриваючи досі недоступні нам горизонти. Наприклад, у недавньому дослідженні штучний інтелект в Японії, просканувавши мільйони зображень раку простати, зумів визначити діагностичні ознаки, про які раніше було невідомо. Це відкрило шлях до вчасної та точнішої діагностики захворювання.

А цього разу штучний інтелект, керований дослідниками з Вермонтського університету, використовуючи еволюційні алгоритми, згенерував тисячі варіацій нових життєвих форм. Та це були не лише симуляції – усі запропоновані ШІ варіанти можна було створити в лабораторії.

Суперкомп’ютер Deep Green на базі Вермонтського університету, чия потужність дозволила створити ксеноботів. Джерело: Вермонтський університет.

Штучний інтелект отримав завдання відібрати маленькі життєздатні варіанти живих систем, побудованих із 500-1000 клітин. Для зручності, на перший раз комп’ютер розраховував можливість створення істот з клітин поширеної модельної тварини – шпоркової жаби Xenopus laevis (власне, за назвою цього виду вчені й назвали своє творіння – ксенобот). Ксенобота буквально зібрали з жаб’ячих стовбурових клітин шкіри та серця.

Відтак із тисяч запропонованих кандидатів відбирали найбільш ефективних: дослідники спостерігали, як віртуальні роботи з різними комбінаціями клітин виконують певні завдання у комп’ютерній симуляції. Наприклад, як вони рухаються. Таким чином кандидати, чия комбінація клітин дозволяла їм найуспішніше виконати завдання, ставали прототипом реальних ботів, чию поведінку згодом вивчали вже у чашках Петрі.

Приклади віртуальних прототипів ксеноботів та їхні реальні відповідники. Джерело: Вермонтський університет та Університет Тафтса.

Інструкція по створенню біоботів

Для втілення задуму вчені з Університету Тафтса за допомогою мініатюрних інструментів розривали ембріони жаб на окремі клітини, які згодом інкубували. Так вони отримали будівельний матеріал для створення живих роботів.

Наступним кроком стало власне будівництво. Використовуючи щипці та тонкі електроди, науковці з’єднували між собою клітини шкіри та серця саме у такій конфігурації, як це запропонував суперкомп’ютер.

Таймлапс зйомка маніпуляцій із ембріонами жаб та побудови ксеноботів, згідно з дизайном, створеним комп’ютером. Джерело: Douglas Blackiston, Університет Тафтса.

“Ви дивитеся на клітини, з яких ми створили наших ксеноботів, і за геномом – це жаби. Це ДНК жаби на 100%, але це не жаби. Тоді ви запитуєте, що ще можна побудувати з цих клітин?”,

– пояснює Майкл Левін з Центру регенеративної біології та біології розвитку при Університеті Тафтса.

“Як ми показали, ці клітини жаб можна поєднати для створення цікавих форм життя, що повністю відрізняються від їхньої первісної анатомії.”

Перший варіант нової життєвої форми нагадує вигляд неідеальної кульки із ніжками, яка може самостійно рухатися. Це можливо завдяки саме тим ембріональним клітинам серця: вони постійно спонтанно скорочуються і це дозволяє рухати весь організм.

Демонстрація переміщення ксенобота: зверху – в комп’ютерній симуляції, знизу – наживо, прискорено в 4 рази. Джерело: Вермонтський університет.

За бажанням, можна розташувати клітини таким чином, щоб вони, наприклад, рухалися спрямовано. Тобто можна запрограмувати їх виконувати потрібні для конкретних цілей дії. Під час експерименту можна було спостерігати, як кілька запрограмованих ксеноботів діяли скоординовано, рухаючись колами та штовхаючи об’єкти в одному напрямку.

Сліди, залишені ксеноботами під час їхнього переміщення. Джерело: Douglas Blackiston.

Окрім самого факту можливості створення біоботів, не менш винятковими є деякі їхні властивості. Ксеноботи мають особливість, через яку вони дадуть фору будь-якому іншому роботу, створеному із металу – вони можуть самостійно відновлювати себе після пошкоджень. Щоб упевнитися у цьому, вчені під час експериментів практично розрізали навпіл робота, але він успішно відновлював себе та продовжував функціонувати як раніше.

“Недоліком живої тканини є те, що вона слабка і деградує. Тому ми використовуємо сталь. Але організми практикувалися відновлювати себе 4,5 мільярдів років, та можуть робити це десятиліттями”,

– наголошує Бонгард.

Треба взяти до уваги, що біороботи не забруднюватимуть довкілля. Після того, як вичерпається вся енергія, що походить від ембріональних клітин, а це відбувається десь через десять днів (хоча може бути й через декілька тижнів), вони загинуть і перетворяться просто на купку мертвих клітин, що безслідно деградують.

Універсальний солдат

Ксенобот і його віртуальний прототип. Джерело: Університет Тафтса

Нову істоту можна створити й іншої форми. В одній з варіацій, запропонованих комп’ютером, робот чимось схожий на бублик – має дірку всередині. Туди можна було б помістити якийсь вантаж, який захоплював би робот, наприклад, ліки. Так можна доставляти медикаменти до конкретних тканин чи органів. Комп’ютерна модель також передбачує можливість вдосконалити цю дірку, перетворивши її на мішок, щоб забезпечити кращий захист його вмісту.

Поки що винахідникам складно передбачити усі галузі, в яких стали б в пригоді ці створіння. Цільове транспортування ліків не єдине, чим біороботи могли б допомогти медикам. Науковці сподіваються, що їх можна успішно використати для очищення судин від тромбів чи навіть під час оперативних утручань. Екологи, як вважають дослідники, теж зможуть оцінити маленьких «монстрів Франкенштайна», якщо їх запрограмувати, наприклад, на очищення океану від мікропластику чи пошук радіоактивного забруднення.

Все залежатиме від того, з яких матеріалів будується робот. Його реально зібрати й з інших клітин і тканин. Наприклад, із нервових, що навіть цікавіше. Так можна було б створити модель для вивчення інтелекту і того, як його інтегрувати в живі чи неживі об’єкти, та і взагалі розширити список придатних модельних організмів.

Цікаво було би подивитися і на результат поєднання двох технологій: нововинайдених ксеноботів із методом створення кібернетичних організмів, про який ми писали раніше. Схоже, в такому разі можна буде впевненіше говорити про створення справжніх керованих кіборгів. Певна річ, лише з добрими намірами.

Описане дослідження може породити також етичну проблему, до якої ми поки що не готові. Попри очевидний прогрес, за своєю суттю, ми маємо справу з живою істотою, хоч вона й створена штучно та програмована. Яким чином її класифікувати: як живий організм чи просто машину? Чи має вона право на захист? Деякі спеціалісти вважають, що на цьому тлі можуть виникнути серйозні суперечки.

Proceedings of the National Academy of Sciences (2019), doi: 10.1073/pnas.1910837117.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

151 Shares:
1 comment
  1. “розривали ембріони жаб на окремі клітини” а слабо яйцеголовим створити живі клітини з атомів і молекул, А НЕ ВИКОРИСТОВУВАТИ ВЖЕ ІСНУЮЧІ??? до яких пір яйцеголові будуть ПАРАЗИТУВАТИ ЗА РАХУНОК ПРИРОДИ???

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Перегляньте також
Далі

Дослідники зняли молекулу ДНК з рекордною деталізацією

Дослідники з Інституту ракових досліджень Сполученого Королівства отримали унікальні знімки нитки ДНК, що розкручується та зчитується молекулярними машинами…
Далі

Нобелівськими лауреатами з фізіології або медицини стали Вільям Каелін, сер Пітер Реткліфф, Грегг Семенца

Нобелівський комітет щойно оголосив імена науковців, які цьогоріч розділили Нобелівську премію у секції “Фізіологія або медицина”. Вільям Каелін,…