به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، Xenobotها موجوداتی هستند که با هوش مصنوعی طراحی شده‌اند . این کار با تکه‌های کوچک جنین شروع شد که در یک ظرف گرد می‌آمدند. در سال 1998، این سلول‌های بی ادعا توجه مایکل لوین را که در آن زمان یک محقق فوق دکترا بود که در حال مطالعه زیست شناسی سلولی در دانشگاه هاروارد بود، به خود جلب کرد. او به یاد می‌آورد که قبل از اینکه آن رم حافظه را کنار بگذارد، یک ویدیو ضبط کرده است. نزدیک به دو دهه بعد، لوین، که اکنون یک زیست شناس تکوینی و مصنوعی در دانشگاه تافتس است، مشاهده کرد که وقتی یک دانش‌آموز بافت‌هایی را از جنینی به جنین دیگر پیوند می‌داد، تعدادی سلول آزادانه در ظرف شنا می‌کردند. لوین به هوش جمعی سلول‌ها، بافت‌ها، اندام‌ها و سازه‌های مصنوعی در پزشکی بازساختی علاقه زیادی داشت و به این فکر می‌کرد که آیا می‌تواند انعطاف‌پذیری را کشف کند و از قابلیت‌های دست‌نخورده این سلول‌های بنیادی جنینی در حال چرخش استفاده کند. لوین به یاد می‌آورد: «در آن نقطه، من شروع به فکر کردم که این احتمالاً یک پلتفرم بیوروباتیک شگفت انگیز است.

بازگرداندن بینایی در قورباغه‌های پنجه‌دار آفریقایی نابینا

لوین برای تحقق پلت فرم بیوروباتیک با داگلاس بلکیستون، یک زیست شناس تکوینی و مصنوعی در دانشگاه تافتس است همکاری کرد. در آن زمان، بلکیستون برای بازگرداندن بینایی در قورباغه‌های پنجه‌دار آفریقایی نابینا، Xenopus laevis، یک ارگانیسم مدلی که برای درک تکوین استفاده می‌شود، تحقیقات بررسی انعطاف‌پذیری انجام می‌داد. بلکیستون چشم‌ها را به مکان‌های غیرعادی مانند پشت سر یا حتی دم پیوند زد تا یکپارچگی اندام‌های حسی پیوند شده را آزمایش کند. آکسون‌های چشم به روده یا نخاع کشیده شده‌اند. در نمایش انعطاف پذیری پویا، چشم‌های پیوند شده روی دم که عصب بینایی را به نخاع امتداد می‌داد، بینایی بچه قورباغه‌ها را بازیابی کرد. لوین و بلکیستون تصمیم گرفتند این توانایی قابل توجه را برای انطباق با تغییرات در عملکرد و اتصال، یک ویژگی کلیدی برای کاربردهای پزشکی احیا کننده، کشف کنند. با استفاده از مهارت طبیعت در ساخت و ساز و بازسازی، آنها می‌خواستند محدودیت‌های انعطاف پذیری سلول و بافت را خارج از بافت طبیعی خود برای انجام عملکردهای جدید درک کنند.

 چگونه روبات‌ها می‌توانند مانند حیوانات تکامل یابند؟

جاش بونگارد، رباتیک تکاملی در دانشگاه ورمونت و همکار قدیمی لوین، به این فکر کرد که چگونه روبات‌ها می‌توانند مانند حیوانات تکامل یابند. او می‌خواست تکامل بیولوژیکی را روی یک ماشین با دستکاری مغز و بدن ربات‌ها اعمال کند و این ایده را با سم کریگمن که در آن زمان دانشجوی کارشناسی ارشد در گروه Bongard بود و اکنون استادیار دانشگاه نورث وسترن بود، بررسی کرد. کریگمن از الگوریتم‌های تکاملی و هوش مصنوعی (AI) برای شبیه‌سازی تکامل بیولوژیکی در یک موجود مجازی، قبل از اینکه با مهندسان برای ساخت نسخه فیزیکی تیمی تشکیل دهد، استفاده کرد. زیست شناسی لوین و کار محاسباتی بونگارد برای برنامه ای به نام ماشین های یادگیری مادام العمر (L2M) تلاقی کردند. با این پروژه، هدف محققان درک چگونگی سازگاری سیستم‌های بیولوژیکی با محیط‌هایشان و ادغام این الگوریتم‌های زنده در رباتیک بود. این تیم با تلفیقی از دو رشته زیست‌شناسی تکوینی و برنامه‌های هوش مصنوعی برای تولید شکل‌های زندگی مصنوعی به‌عنوان طرح‌های اولیه برای روبات‌های بیولوژیکی (بیوبات‌ها)، که به عنوان xenobots نیز شناخته می‌شوند، به کارخود ادامه داد.

تولد ربات‌های بیولوژیکی

در ابتدای این پروژه، تیم برنامه ریزی کرد تا ماشین‌های یادگیری مادام العمر را از سیستم‌های هوش مصنوعی بسازد که یک شرکت چالش برانگیز بود. کریگمن از الگوریتم‌های تکاملی برای طراحی و تکامل شکل‌های زندگی مصنوعی در شبیه‌سازی استفاده کرد، اما مانع اصلی در ترجمه این طرح‌ها به دنیای فیزیکی بود. در طول جلسات مجازی هفتگی بین زیست شناسان و متخصصان رباتیک، بونگارد به یاد می‌آورد که برای گروه زیست شناس توضیح می‌دهد که انجام چه کاری برای رباتیک‌ها آسان و سخت است. تحقق [این ایده] در سخت افزار واقعاً دشوار است. کریگمن توضیح داد که هیچ کس متوجه نشده است که چگونه رباتی بسازد که از یک چاپگر سه بعدی خارج شود. ما سعی کردیم از لاستیک، چاپگرهای سه بعدی و وسایل الکترونیکی روبات بسازیم، اما همیشه این مشکل وجود دارد که این کار خیلی سخت است." همانطور که کریگمن ویدئویی از ربات‌های لکه‌مانند کوچکی که در یک محیط مجازی در حال دویدن هستند، ارائه کرد، او این چالش را برای تیم توضیح داد. در شبیه سازی‌های کامپیوتری، این روبات‌ها می‌توانند مانند یک بازی ویدیویی دستکاری شوند. شبیه سازی اصول فیزیک مانند اصطکاک یا تعدیل محیط مجازی آسان بود. با این حال، رباتیک‌ها فکر نمی‌کردند که بتوانند این طرح‌ها و شبیه‌سازی‌های نظری را با ابزارهای موجود به دنیای واقعی ترجمه کنند. بلکیستون اکنون توانسته بود که یک ربات مجازی از سلول‌ها بسازد. بلکیستون می‌گوید: «در زیست‌شناسی تکوینی و زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی، این یک ترفند فوق‌العاده دشوار نیست، زیرا فناوری وجود دارد، اما هیچ‌کس به انجام این کار فکر نمی‌کند.

شیوه تحقیقاتی

بلکیستون با استفاده از سلول‌های اضافی پروژه X. laevis خود در آزمایشگاه مشغول به کار شد. او از طریق دستکاری‌های ظریف سلول‌های بنیادی در اتاق میکروسکوپ، ماکتی از موجود مجازی کریگمن ساخت. حدود یک هفته پس از اینکه کریگمن شبیه‌سازی‌های خود را به اشتراک گذاشت، درنهایت بلکیستون این مخلوق خود را که با محبت ربات بونگارد نامیده شد، ایجاد کرد. این رویکرد می‌تواند به شبیه سازی‌های آنها جان بدهد. لوین و بونگارد بلکستون و کریگمن را تشویق کردند تا این فضای جدید را کشف کنند و بین اجرای هزاران شبیه سازی و مجسمه سازی بهترین طرح‌ها از سلول‌ها حرکت کنند. از آنجایی که ربات زیستی اولیه ثابت می‌ماند، تیم می‌خواست ببیند آیا می‌تواند نسخه جدیدتر را حرکت دهد یا خیر. کریگمن طراحی تکراری ماشین‌های زنده مصنوعی را با استفاده از هوش مصنوعی برای ایجاد موجودات مجازی آغاز کرد. این حباب‌های بی‌ضرر قبل از اینکه به تدریج پاهای اولیه یا بازوهای خود را توسعه دهند، در امتداد کف دنیای مجازی به هم ریختند. سپس او و بلکیستون بادوام ترین طرح ها را برای ساخت سلول‌های قورباغه انتخاب کردند.

چگونه اشکال غیر متعارف ممکن است بر عملکرد سلولی تأثیر بگذارد؟

کریگمن برای تعیین موقعیت و شکل بهینه این موتورهای سلولی در xenobotها به رایانه نیاز داشت. با این حال، هیچ تضمینی وجود نداشت که شبیه سازی تکامل یافته در دنیای واقعی امکان پذیر باشد. با اطلاعات محدود، کریگمن به دنبال تخصص محققان قلب بود تا بینش‌هایی در مورد هماهنگ سازی سلول‌های قلب به دست آورد و بیاموزد که چگونه اشکال غیر متعارف ممکن است بر عملکرد سلولی تأثیر بگذارد. ما می‌دانیم که این سلول‌ها چگونه به شکل قلب کار می‌کنند، اما با این سلول‌ها در زمینه ربات‌های خارجی چه اتفاقی می‌افتد؟ او تعجب کرد. «پیش‌بینی از قبل دشوار است، بنابراین هوش مصنوعی یا الگوریتم تکاملی باید طرح‌هایی را پیدا کند که بدون توجه به نحوه حرکت موتورها کار کنند. این تیم در حال ساخت ماشین‌های قابل اعتماد با قطعات غیرقابل اعتماد است."  این یک یادآوری عالی است که وقتی صحبت از رباتیک و هوش مصنوعی به میان می‌آید، انسان‌ها تمایل دارند بیش از حد به چیزها فکر کنند. بهتر است به تکامل، چه بیولوژیکی یا مصنوعی، اجازه دهیم تا بفهمد که چقدر برای کار مورد نیاز پیچیدگی لازم است.

تولید ساندویچ سلولی از جنین‌های مرحله X. laevis Blastula

همانطور که کریگمن تکرارهای متعددی از زنوبات ها را تولید کرد، بلکیستون از تصویر سه بعدی به عنوان طرح اولیه در اتاق میکروسکوپ خود استفاده کرد. بلکیستون مواد تشکیل دهنده خود را با استفاده از بافت‌های مختلف بیولوژیکی که از جنین‌های مرحله X. laevis Blastula برداشت شده بود، جمع آوری کرد. سپس، گویی ساندویچ می‌سازد، لایه‌های سلولی مختلف را یکی یکی در یک مکعب بافت مرتب می‌کند. وقتی بافت با هم بهبود یافت، یک کره را تشکیل داد. سپس بلکیستون با استفاده از یک ابزار میکروسکوپی با سیمی کوچکتر از موی انسان، بافت را مجسمه سازی کرد تا به شکل دلخواه برسد. هر نوع سلول با رنگ متفاوت بود و او بین فیلترها می چرخید تا جهت گیری صحیح را حفظ کند. بلکیستون خاطرنشان کرد: «این کار گاهی بیشتر شبیه مهارت است تا علم، زیرا شما دستکاری های بسیار خوبی انجام می دهید. محصول نهایی شبیه یک تکه فلفل بود که در یک ظرف پتری حرکت می‌کرد.

عملکردهای بیوربات تولد شده

حرکات بیوربات‌ها در مقایسه با همتایان آنها کمتر قابل پیش بینی بود، این بیگانه ربات‌های مژه دار می‌توانستند حرکت کنند. بیگانه ربات‌ها در زمین‌های باز، پیچ و خم‌ها و حتی مویرگ‌های باریک شنا کردند. در محیط‌هایی که زباله‌ها یا مهره‌های پوشیده شده با سیلیکون وجود دارد، ربات‌های خارجی به طور جمعی با هم جمع می‌شوند تا زباله‌ها را به داخل انبوه فشار دهند. نه تنها زنوبات‌ها حرکت خود را نشان می‌دهند، بلکه می‌توان آن‌ها را برای ثبت تجربه تغییر داد. این تیم توانایی زیست ربات‌ها در حس کردن محیط خود را با تزریق ریز mRNA با یک گزارشگر تبدیل‌پذیر نوری که باعث فلورسانس سبز آنها می‌شد، آزمایش کردند. زنوبات‌ها آزادانه محیط اطراف خود را کاوش می‌کردند. زنوبات‌ها همچنین استحکام ذاتی خود را نشان می‌دهند و می‌توانند به‌طور خودکار پس از آسیب ناشی از جراحی، خود را ترمیم کنند. هر زنوبات می‌تواند زخم را ببندد، آسیب را برطرف کند و در عرض چند دقیقه به شکل کروی تبدیل شود. از منظر روباتیک، سلول‌ها مانند فناوری هزار سال آینده هستند که به تازگی روی میز ما نصب شده‌اند. وقتی آنها را به هم بچسبانید کار می‌کنند. آنها زنده می مانند.

کاربرد ربات‌های زیستی در پزشکی آینده

در همین حال، پتانسیل بیشتری برای استفاده از ربات‌های زیستی مشتق شده از پستانداران در کاربردهای زیست پزشکی وجود دارد. این می‌تواند شامل تحویل موضعی دارو، رسوب در شریان‌ها برای شکستن پلاک‌ها، یا استقرار آنتروبوت‌ها در بافت برای عمل به عنوان حسگرهای زیستی باشد.

پایان مطلب/.