Учёные создали биологических «роботов», способных собирать подобные себе структуры
Учёные из Вермонтского университета, Университета Тафтса и Института биологического инжиниринга им. Виса объявили о создании совершенно новой формы биологического воспроизводства живых организмов, и применили это открытие для создания первых самовоспроизводящихся живых роботов. Работа «Kinematic self-replication in reconfigurable organisms» с описанием открытия была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Учёные назвали своих живых роботов Ксеноботами. Они собраны из клеток лягушки. Эти искусственные организмы, разработанные на компьютере и собранные вручную, могут плавать в чашке Петри, и собирать у себя во рту, похожем на рот Pac-Man, «детёнышей». Через несколько дней эти «детёныши» становятся такими же Ксеноботами, способными так же двигаться и порождать новых.
Но не всё так радужно. По сути, учёные смогли заставить скопления клеток собирать из других клеток скопления меньшего размера, которые при определённых условиях также могут двигаться. Они назвали этот процесс «кинематическим воспроизводством». И всё же, чтобы копии начали двигаться, им требуется помощь человека; они меньше оригинальных скоплений клеток; и процесс копирования прекращается всего через парочку поколений.
Процесс начинается с изолирования клеток эмбриона из лягушачьей икры. Эти клетки прилипают друг к другу, стягиваясь в чашке Петри в шарик. Кроме того, эти клетки способны к самоорганизации, такой, что у наружных клеток появляются т.н. реснички. Они движутся по кругу, отталкиваясь от окружающей среды. Со временем соседние клетки начинают координировать движение ресничек таким образом, что весь шарик из клеток крутит ими синхронно.
В результате шарик начинает двигаться, и будет двигаться в отсутствии препятствий в чашке Петри до двух недель, пока не истратит всю энергию. Суть открытия учёных состоит в том, что если разместить в чашке Петри вместе с этими шариками отдельные клетки, движущиеся шарики начинают собирать их в центре круга, по которому двигаются. А поскольку клетки естественным образом слипаются, из них начинает формироваться новый кластер.
Если достать эти новые скопления из чашки Петри и поместить их в новую среду с обилием дополнительных клеток, то эти скопления немного вырастут, втягивая в себя дополнительные клетки, и в итоге тоже начнут двигаться.
Такой процесс неэффективен, потому что второе поколение клеточных скоплений получается меньше первого, и ходит по меньшему кругу. Чтобы решить эту проблему, учёные изменили форму изначальных скоплений. А чтобы понять, какую форму лучше использовать, учёные запустили компьютерную симуляцию, в которой способность разных форм собирать клетки испытывали в компьютерной симуляции. Получилось, что наиболее эффективной формой для сбора клеток оказался полутороид.
Для получения такой формы учёным пришлось сплющивать шарики, делать надрез и вновь придавать им объём. Зато полученные «пакмэны» смогли выдавать потомство, способное произвести ещё три поколения «роботов». Но все последующие поколения тоже приходилось «дорабатывать» при помощи скальпеля.
Далее исследователи представили себе ситуацию, при которой в чашке Петри находятся незамкнутые электрические цепи с кучей проводов, и в некоторых случаях замыкание этих проводов может принести пользу. Случайные движения шарообразных скоплений клеток могут привести к тому, что они будут случайным образом замыкать цепь. На этом основании учёные заявили, что их скопления клеток проделывают «полезную работу в виде побочного эффекта самовоспроизводства».
Использование компьютерного алгоритма для поиска способа преобразования необычного биологического явления в эквивалент сборочного конвейера для роботов можно считать интересной идеей, однако это никак нельзя назвать «изобретением первых в мире роботов, способных к воспроизводству», как об этом написали в некоторых СМИ.
https://habr.com/ru/news/t/592673/