Τι είναι το Xenobot και γιατί είναι τόσο ιδιαίτερο;

Το Xenobot είναι ένα ζωντανό ρομπότ φτιαγμένο από ζωντανά κύτταρα. Η διαμόρφωση και το στυλ κίνησής του έχουν σχεδιαστεί από εξελικτικούς αλγόριθμους σε έναν υπερυπολογιστή.

Τι θα γινόταν αν συνδυάζαμε την πρόσφατη πρόοδο που έχει σημειωθεί στους τομείς της υπολογιστικής τεχνολογίας και της βιοτεχνολογίας; Το αγαπημένο παιδί ενός τέτοιου γάμου θα έμοιαζε πολύ με κάτι που ανέπτυξαν πρόσφατα ερευνητές… ένα ζωντανό ρομπότ! Ναι, ένα ρομπότ που ζει όπως οι οργανισμοί, αλλά είναι σχεδιασμένο από ανθρώπους.

Τι είναι το xenobot;

Το 2020 μπορεί να είναι διαβόητο για την πανδημία του Covid-19, αλλά οι ερευνητές στις ΗΠΑ πέτυχαν επίσης κάτι αξιοσημείωτο φέτος - ανέπτυξαν το πρώτο ζωντανό ρομπότ. Ενώ το μέγεθός του είναι προς το παρόν μικρότερο από έναν κόκκο αλατιού, προσφέρει μερικές υποσχόμενες προοπτικές για το μέλλον. Οι ερευνητές ονόμασαν αυτό το βιορομπότ ξενομπότ.

Σε αντίθεση με τα τυπικά ρομπότ, ένα xenobot είναι ένα πολύ μικρό ρομπότ. Δεν είναι κατασκευασμένο από μέταλλο, πλαστικό ή άλλα συνθετικά υλικά. Αντίθετα, αποτελείται εξ ολοκλήρου από οργανικό κυτταρικό υλικό.

Το Xenobot μπορεί να κινείται γύρω ή να περιστρέφεται σε κύκλους. Αν το γυρίσετε ανάσκελα, μπορεί να γυρίσει ξανά πίσω, όπως ένα έντομο! Βασικά, είναι ένα κατασκευασμένο ρομπότ, αλλά είναι ΖΩΝΤΑΝΟ!

Μπορεί να είναι δύσκολο να κατανοήσουμε την ιδέα ενός «ζωντανού ρομπότ» και είναι εντάξει να μπερδεύεσαι. Σύμφωνα με ερευνητές, αυτή είναι μια εντελώς νέα μορφή ζωής, κάτι που δεν μάθατε ποτέ στο σχολείο ή στο κολέγιο. Προτού εξετάσουμε τι μπορεί να κάνει ένα xenobot και πώς λειτουργεί, ας προσπαθήσουμε πρώτα να καταλάβουμε γιατί δημιουργήθηκε.

Κίνητρο για τη δημιουργία ενός xenobot

Οι ερευνητές έπαιζαν με την ιδέα να πάρουν κύτταρα της πραγματικής ζωής και να τα χειριστούν για να λειτουργήσουν όπως ήθελαν - όπως και άλλα ρομπότ που αναπτύχθηκαν τα τελευταία χρόνια. Έτσι, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Tufts και στο Πανεπιστήμιο του Βερμόντ πήραν βλαστοκύτταρα από το έμβρυο ενός αφρικανικού βατράχου με νύχια (Xenopus Laevis). Τα βλαστοκύτταρα που πήραν οι ερευνητές ήταν δύο τύπων:δερματικά κύτταρα και καρδιακά κύτταρα .

Xenopus laevis, ένα είδος βατράχου του οποίου τα βλαστοκύτταρα χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία του πρώτου xenobot (Φωτογραφία:Brian Gratwicke/Wikimedia Commons)

Τα κύτταρα του δέρματος επιλέχθηκαν για την τάση τους να συνδέονται φυσικά, ενώ τα καρδιακά κύτταρα επιλέχθηκαν για την ικανότητά τους να χαλαρώνουν και να συστέλλονται. Η ιδέα ήταν να συνδυαστούν τα κύτταρα του δέρματος και τα καρδιακά κύτταρα με συγκεκριμένο τρόπο για να μετατραπούν σε μια λειτουργική δομή με δυνατότητες ατμομηχανής. Αυτός ήταν ακριβώς ο στόχος των ερευνητών:να αναπτύξουν ένα οργανικό ρομπότ με ξεχωριστό στυλ κίνησης.

Δημιουργία του πρώτου xenobot

Μοντελοποίηση με χρήση υπερυπολογιστών και εξελικτικών αλγορίθμων

Το πρώτο πράγμα που έκαναν οι ερευνητές για να δημιουργήσουν ένα xenobot ήταν να τροφοδοτήσουν τα καταγεγραμμένα δεδομένα των βλαστοκυττάρων σε έναν εξελικτικό αλγόριθμο σε έναν υπερυπολογιστή. Με βάση αυτά τα δεδομένα, ο υπερυπολογιστής δημιούργησε αμέσως εκατομμύρια διαμορφώσεις κυττάρων, οι οποίες στη συνέχεια θα μπορούσαν να εξεταστούν από τους ερευνητές για το επιθυμητό αποτέλεσμα. Οι εξελικτικοί αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται εδώ έλαβαν στοιχεία από τη φυσική επιλογή για να διαμορφώσουν ένα xenobot που μοιάζει με πραγματικό οργανισμό.

Ο στόχος των ερευνητών που εργάζονταν στο πρώτο xenobot ήταν να επιτύχουν τον επιθυμητό τύπο μετακίνησης. Έτσι, μόνο η καλύτερη διαμόρφωση που θα μπορούσε να παράγει την επιθυμητή μετακίνηση προωθήθηκε στο επόμενο στάδιο ανάπτυξης. Μετά από εκατοντάδες δοκιμές για τη σωστή διαμόρφωση, επιλέχθηκαν μόνο μερικές διαμορφώσεις που δημιουργήθηκαν από υπολογιστή.

Έτσι, αξιοποιώντας τη δύναμη των υπερυπολογιστών και των εξελικτικών αλγορίθμων, οι ερευνητές κατάφεραν τελικά να καταλήξουν σε ένα σχέδιο για μια νέα μορφή ζωής.

Το μόνο που έπρεπε να κάνουν ήταν να τα δημιουργήσουν! Ακούγεται απλό, σωστά; Λοιπόν… δεν είναι.

Γλυπτική με λαβίδες και τσιμπιδάκια

Για να μετατρέψουν το σχέδιο που κατασκευάστηκε από υπολογιστή σε πραγματικότητα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μικροσκοπικές λαβίδες και τσιμπιδάκια κάτω από ένα μικροσκόπιο για να πραγματοποιήσουν με επίπονη μικροχειρουργική για να συγχωνεύσουν αυτά τα βλαστοκύτταρα. Οι ερευνητές έπρεπε να πάρουν ένα κελί τη φορά, να το συνδέσουν με ένα άλλο και να επαναλάβουν αυτή τη διαδικασία μέχρι να κατασκευαστεί η τελική δομή που αποτελείται από 2000 κύτταρα. Ευτυχώς, τα κύτταρα έχουν μια φυσική τάση να κολλάνε μεταξύ τους, έτσι οι ερευνητές είχαν έναν ουραίο άνεμο στις προσπάθειές τους. Ωστόσο, ήταν μια επίπονη και χρονοβόρα διαδικασία, δεδομένου ότι συμμετείχαν χιλιάδες κύτταρα. Μετά από κόπο για πολλές ώρες, η συναρμολόγηση των κυττάρων ολοκληρώθηκε και δημιουργήθηκε ένας νέος οργανισμός!

Μοντελοποιημένο xenobot (αριστερά), πραγματικό xenobot (δεξιά), (Προστασία φωτογραφίας:Sam Kriegman/Wikimedia Commons)

Τι μπορούν να κάνουν τα xenobots;

Αυτά τα νεοδημιουργηθέντα xenobots θα μπορούσαν να προωθηθούν, να ταξιδέψουν σε ευθεία γραμμή ή απλά να κινηθούν σε κύκλους. Τα ξένομποτ πρώτης γενιάς μπορούσαν να ζήσουν μόνο για περίπου 7-10 ημέρες, αλλά είναι ενδιαφέρον, καθώς αποτελούνται από ζωντανά κύτταρα, μπορούν να θεραπεύσουν τον εαυτό τους σε όλη τη διάρκεια της ζωής τους. Μπόρεσαν ακόμη και να αναρρώσουν παρά το γεγονός ότι είχαν σκιστεί στο μισό!

Όλα αυτά ακούγονται αρκετά συναρπαστικά, αλλά υπάρχουν μερικά στοιχεία φρικτότητας σε αυτά τα xenobots, ένα από τα οποία είναι κάτι που ονομάζεται αναδυόμενη συμπεριφορά.

Επείγουσα συμπεριφορά των xenobots

Αν και έχουμε μια δίκαιη ιδέα για τα κύτταρα και τη λειτουργία τους, όταν τα στοιβάζετε μαζί σε μεγάλους σωρούς, συμβαίνει κάτι περίεργο. Αυτό αναφέρεται ως αναδυόμενη συμπεριφορά προέρχεται από πολύ συνδεδεμένα κελιά, αλλά τι είναι η αναδυόμενη συμπεριφορά;

Υπάρχουν ορισμένες λειτουργίες που δεν μπορεί να κάνει ένα αυτόνομο κελί, αλλά όταν πολλά κελιά ομαδοποιούνται, οι λειτουργίες μπορούν να επιτευχθούν. Αυτή η μετατόπιση συμπεριφοράς από ένα μεμονωμένο κύτταρο σε μια πολυκύτταρη δομή αποδεικνύεται σε εμάς - τα ανθρώπινα όντα. Έχουμε τρισεκατομμύρια κύτταρα στο σώμα μας, αλλά κανένα από τα κύτταρα δεν έχει τη δική του συνείδηση. Ωστόσο, όταν τα συνδυάζετε σε μια συγκεκριμένη διαμόρφωση, δηλαδή το σώμα, αναδύεται η συνείδηση.

Αν και το xenobot πρώτης γενιάς αποτελούνταν από δύο χιλιάδες κύτταρα, είναι πιθανό να τα αυξήσουμε στο μέλλον. Τότε είναι που πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι η αναδυόμενη συμπεριφορά θα εμφανιζόταν με πιο αξιοσημείωτους τρόπους.

Για παράδειγμα, λόγω της έκτακτης συμπεριφοράς, τα xenobots θα μπορούσαν να αλλάξουν την πορεία τους από μόνα τους ή να γυρίσουν και να επιστρέψουν εκεί από όπου ήρθαν. Ή θα μπορούσαν να επικοινωνήσουν με άλλα xenobots και να εργαστούν μαζί σε μια εργασία.

Έτσι, ενώ έχουμε φτιάξει μια μινιατούρα xenobot που θα λειτουργούσε όπως θέλουν οι ερευνητές, στο μέλλον, τα xenobots μπορεί να αναπτύξουν συνείδηση ​​και να μπορούν να σκέφτονται μόνα τους! Για την ιστορία, αυτό είναι μόνο ένα των πιθανών αποτελεσμάτων, και δεν έχουμε ακόμη γίνει μάρτυρες απτών αποδεικτικών στοιχείων αναδυόμενης συμπεριφοράς σε xenobots.

Στόχος μας είναι να φτιάξουμε xenobots που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τη ζωή μας. Συγκεκριμένα, θέλουμε να τους χρησιμοποιήσουμε για να λύσουμε προβλήματα που μαστίζουν τον πλανήτη μας. Υπάρχουν κάποιες μελλοντικές χρήσεις των xenobots που αλλάζουν το παιχνίδι που έχουν προταθεί. Ας δούμε μερικά από αυτά!

Μελλοντικές εφαρμογές xenobots

Ανίχνευση καρκινικών κυττάρων και καθαρισμός φραγμένων αρτηριών

Ο ιατρικός τομέας διαφημίζεται ότι είναι ο μεγαλύτερος ωφελούμενος από τις εξελίξεις στην τεχνολογία xenobot. Στο μέλλον, οι επιστήμονες ενδέχεται να αναπτύξουν ξενομπότ για την ανίχνευση και την καταπολέμηση του καρκίνου.

Η πρόκληση που αντιμετωπίζουν επί του παρόντος οι επιστήμονες για την αφαίρεση των καρκινικών κυττάρων είναι ότι όταν εισάγουν ένα ξένο αντικείμενο για να εργαστεί στον όγκο, το σώμα το αναγνωρίζει αμέσως ως ξένο σώμα και αρχίζει μια ανοσολογική απόκριση.

Αυτή η ανοσολογική απόκριση μπορεί να προκαλέσει περαιτέρω επιπλοκές στη συνολική θεραπεία του καρκίνου. Με τα xenobots, είναι δυνατό να κατασκευαστούν από τα κύτταρα του πραγματικού ασθενή. Με αυτόν τον τρόπο, όταν τα xenobots εισάγονται στο σώμα για την ανίχνευση/αφαίρεση καρκινικών κυττάρων, το σώμα δεν θα τα αντιμετωπίζει ως εξωγήινη οντότητα, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να αποφευχθούν ανεπιθύμητες ανοσολογικές αντιδράσεις.

Ομοίως, τα xenobots θα μπορούσαν να αναπτυχθούν στις αρτηρίες των καρδιοπαθών για να αναιρέσετε την επικίνδυνη απόφραξη. Ακόμη και με αυτούς τους λίγους σκοπούς, τα xenobots θα γίνονταν επαναστατικό στοιχείο στον ιατρικό τομέα.

Τα Xenobots διαφημίζονται για να φέρουν επανάσταση στην ιατρική επιστήμη (Photo Credit :Supphachai Salaeman/Shutterstock)

Καθαρισμός ωκεανών και άλλων υδάτινων σωμάτων

Οι εφαρμογές αυτών των bio-bots δεν περιορίζονται μόνο στον ιατρικό τομέα. Τα Xenobots θα μπορούσαν επίσης να γίνουν οι σωτήρες του πλανήτη μας!

Μολυσμένα νερά των ωκεανών (Φωτογραφία :Rich Carey/Shutterstock)

Λόγω της αυξημένης βιομηχανικής δραστηριότητας τις τελευταίες δεκαετίες, οι ωκεανοί και άλλα υδατικά συστήματα του πλανήτη μολύνονται σοβαρά, καθώς απόβλητα από βιομηχανίες και εργοστάσια απορρίπτονται απερίσκεπτα στους ωκεανούς και στα κοντινά υδατικά συστήματα. Έτσι, τα υδάτινα σώματα είναι γεμάτα με μικροπλαστικά, τα οποία δεν μπορούν εύκολα να ανακυκλωθούν ή να υποστούν επεξεργασία.

Ίσως στο μέλλον, οι επιστήμονες μπορούν να αναπτύξουν ξενομπότ που θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν και να διασπάσουν αυτά τα μικροπλαστικά. Αν όχι, θα μπορούσαν τουλάχιστον να τα μαζέψουν και να τα μαζέψουν μαζί. Ίσως αυτά τα xenobots θα μπορούσαν ακόμη και να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση ραδιενεργών ρύπων σε ωκεανούς ή άλλα ύποπτα μέρη.

Xenobots:ένα ηθικό δίλημμα

Τώρα, xenobots που σώζουν τον κόσμο σίγουρα ακούγεται σαν μια ωραία ιδέα, αλλά υπάρχουν και άλλες προεκτάσεις. Αν το καλοσκεφτείς, τα xenobots δεν είναι ούτε μηχανές ούτε ζώα. Είναι κάτι εντελώς νέο - κάτι ενδιάμεσο. Άρα, ίσως πρέπει να επαναπροσδιορίσουμε τον τρόπο με τον οποίο κατηγοριοποιούμε τα ζωντανά και τα μη ζωντανά πράγματα.

Οι ερευνητές έχουν αναγνωρίσει ότι ενώ η παρούσα γενιά περιέχει μόνο κύτταρα από το δέρμα και την καρδιά, τα μελλοντικά xenobots θα μπορούσαν να αποτελούνται από κύτταρα από το νευρικό σύστημα, τα αιμοφόρα αγγεία ή ακόμα και τα αναπαραγωγικά μέρη. Αυτές οι προσθήκες απαιτούν σίγουρα τον επαναπροσδιορισμό αυτού που θεωρούμε «ζωή».

Ο ειδικός σε θέματα μηχανικής ηθικής Michael Anderson πιστεύει ότι οι εφαρμοσμένοι ηθικολόγοι θα πρέπει να συμμετέχουν στα πρώτα στάδια της δημιουργίας και της ανάπτυξης αυτών των θεμελιωδώς νέων μορφών ζωής, έτσι ώστε να μπορούν να συνταχθούν οι ευθύνες και τα δικαιώματά τους.

Σε τελική ανάλυση, από τη στιγμή που αυτά τα xenobot είναι αρκετά προηγμένα ώστε να έχουν γνωστικές ικανότητες, θα πρέπει να έχουμε ένα πλαίσιο που να καθορίζει σαφώς τους ρόλους και τα δικαιώματά τους.

Οι ερευνητές που εργάζονται στα ξένομποτ πρώτης γενιάς έχουν αναγνωρίσει πλήρως αυτές τις ηθικές ανησυχίες και τις έχουν αποκαλέσει αχαρτογράφητη περιοχή . Έχουν προσκαλέσει τους ανθρώπους να συμμετάσχουν και να συζητήσουν τις μελλοντικές επιπτώσεις αυτής της νέας φυλής bots. Με αυτόν τον τρόπο, ακόμη και το ευρύ κοινό μπορεί να καταλάβει τι εξελίξεις συντελούνται. Συμμετέχοντας στη συζήτηση, οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής μπορούν να σχεδιάσουν καλύτερες πολιτικές για τη ρύθμισή τους και να διασφαλίσουν ότι θα κάνουμε κάτι καλό με αυτήν την απίστευτη τεχνολογία.

Μια τελευταία λέξη

Η εργασία των ερευνητών στο πανεπιστήμιο Tufts είναι απλώς το στάδιο επώασης ενός εντελώς νέου πεδίου εφαρμοσμένων επιστημών. Μελλοντικές μελέτες θα διερευνήσουν τη δυνατότητα δημιουργίας μεγαλύτερων και πιο χρήσιμων xenobots που μπορούν να λύσουν προβλήματα του πραγματικού κόσμου. Τα Xenobots του μέλλοντος θα μπορούσαν να μεταφέρουν φάρμακα, να αποφράξουν τις φραγμένες αρτηρίες, να καθαρίσουν μικροπλαστικά και να ανιχνεύσουν την παρουσία τοξικών υλικών—όλα αυτά θα μπορούσαν να δημιουργήσουν ένα πολύ διαφορετικό μέλλον!