В анналы науки вплывает совершенно новое существо - живой робот, созданный искусственным интеллектом.
В статье, опубликованной ранее на этой неделе, компьютерные ученые из Университета Вермонта и биофизики из Университета Тафтса описывают использование искусственного интеллекта для проектирования совершенно нового организма из стволовых клеток лягушки и фактическое создание крошечного живого робота на основе этих проектов. Их главная цель - использовать этих современных животных для лучшего понимания того, как клетки всех видов общаются друг с другом.
Эти "ксеноботы" не могут есть, не могут размножаться и живут всего около недели - поэтому вторжение лягушек-франкенов не должно быть в списке ваших опасений. Что они умеют делать, так это ходить, плавать, толкать или переносить предметы, а также работать в группах. Это значительные достижения для первых в своем роде роботов, созданных из мешанины клеток.
Для этого команда Университета Вермонта разработала искусственный интеллект, способный выполнять десятки тысяч симуляций того, как поведут себя различные комбинации клеток кожи и сердца, если они будут созданы в реальном мире. Команда Тафтса использовала некоторые из этих прогнозов для создания функционального организма из стволовых клеток, взятых из эмбрионов лягушки.
Команда собирает эти клетки, обрезая периферийную часть эмбриона, которая обычно превращается в кожу или сердечную мышцу позже в процессе роста. Они вручную фрагментируют ткань на отдельные клетки и помещают их в форму.
Это похоже на приготовление желе: Вы не ожидаете, что эти отдельные клетки смогут координировать свои действия. Другими словами, джелло никогда не превратится из жидкой массы в подвижный, полутвердый пищевой продукт. Но "то, что они создают, - это не просто беспорядок", - говорит биофизик из Университета Тафтса Майкл Левин. "Это функциональный, целостный организм".
Клетки кожи помогают удерживать все вместе, как и в организме, говорит микробиолог Кристофер Адами из Университета штата Мичиган, который не принимал участия в исследовании.
После извлечения ксенобота из формы команда вручную обрезает его до формы, предсказанной дизайном ИИ. Они создали рецепт ксеноробота, который будет передвигаться, и он производит организмы, которые каждый раз выполняют одни и те же функции, говорит Левин. Такие существа в конечном итоге могут найти практическое применение за пределами лаборатории, например, для улучшения доставки лекарств.
Это только первый шаг. "Перевод сгенерированного компьютером организма в биологический - это что-то новое, - говорит Адами. Но пока неясно, сколько времени потребуется для того, чтобы этот метод позволил создать медицинскую технологию или даже дал новое понимание того, как работают клетки".
Однако она многообещающая. "Перенос поведения робота из моделирования в реальность чрезвычайно сложен, и эта новая работа демонстрирует впечатляющие результаты", - сказала инженер по робототехнике Йельского университета Ребекка Крамер-Боттильо в электронном письме Popular Science. "Использование командой живых клеток для достижения смоделированных конструкций и поведения является особенно многообещающим показателем нашей будущей способности создавать биосовместимых роботов и мягких роботов, использующих упругость и интеллект живых тканей".
На данный момент команда сосредоточена на первичной науке, а не на фантастических медицинских возможностях. Они работают над созданием рецептов для ксеноботов, которые более четко демонстрируют, как клетки общаются друг с другом. Мы знаем, что они используют такие методы, как электричество и химические сигналы для координации, но в настоящее время мы не имеем представления о том, что они говорят друг другу, или как они решают, какие формы строить.
Существует не один способ создания "живого робота", и эта лягушка не первая. Другие команды используют генную инженерию и различные виды генерации тканей для создания клеток, которые могут выполнять функции, отличные от тех, для которых они предназначены. Настоящим достижением здесь является использование искусственного интеллекта для проектирования ксеноботов, говорит ученый-компьютерщик из UVM Джош Бонгард. По его словам, компьютер "по сути, выполняет процесс проб и ошибок над миллиардами и миллиардами проектов ксеноботов". Данное исследование показывает, насколько это эффективно для создания дизайна, который будет работать в реальном мире".
Хотя это может показаться чем-то из области научной фантастики, люди постоянно переделывают организмы, и делают это на протяжении тысячелетий. Но этот процесс обычно занимает десятилетия или даже столетия - вспомните одомашненные культуры, такие как кукуруза, которые мало похожи на своих диких предков, а точный конечный результат практически невозможно контролировать.
Бонгард признает, что создание совершенно новых организмов поднимает множество этических вопросов - даже несмотря на то, что эти организмы не способны думать или чувствовать в нашем понимании. По мере развития технологий, говорит он, нам, возможно, придется разработать правила, которые обеспечат этичное обращение с ксеноботами.
Однако "они не живые в том смысле, в котором вы обычно думаете об этом", - отмечает Адами. "Это ткани, которые реагируют на стимуляцию".
Пока неясно, что произойдет с ботами и что они могут рассказать нам о том, как работают клетки. Больше всего Левина волнует изучение того, как клетки общаются между собой. "Большая картина с точки зрения биологии заключается в том, чтобы понять, как отдельные клетки сотрудничают и как они решают, какие органы строить", - говорит Левин. "Это действительно песочница".
По его словам, понимание клеточной коммуникации будет иметь большое значение для будущего биологических наук. "Мы находимся там, где компьютерная наука была в 40-х годах, когда для того, чтобы что-то перепрограммировать, нужно было переставлять провода и перепрограммировать аппаратуру", - говорит он. В данном случае это означает генную инженерию. "Мы должны двигаться вперед к лучшему пониманию программного обеспечения".
Однако Адами говорит, что для этого может потребоваться разработка более тонкого физического контроля над клетками. На данный момент команде приходится физически создавать ксеноботов, и хотя они надеются в конечном итоге автоматизировать этот процесс, Адами говорит, что технология простой 3D-печати таких организмов еще очень далека.
"Эти штуки - эмбрионы. Они маленькие. И я не думаю, что у нас есть оборудование, чтобы сделать это на том уровне, на котором вы хотели бы это сделать", - говорит Адами.
Однако даже в небольшом количестве эти крошечные существа могут дать важную информацию о том, как клетки приводят себя в порядок.