Вчені створили програмованих біороботів з живих жаб'ячих клітин

Американські вчені представили метод для створення невеликих біороботів з живих клітин. Істоти створюються в два кроки: спершу програмується модель з усіма властивостями, після чого її відтворюють з клітин жаб'ячого ембріона в чашці Петрі. Для створення біороботів розміром в один міліметр використовувалися клітини гладкої шпорцевої жаби (): самих істот, тому, назвали ксеноботами. Ксеноботи рухаються в певному напрямку, а в майбутньому зможуть, наприклад, замінити мініатюрних роботів для доставки ліків в організм людини або допоможуть збирати сміття в океані, пишуть вчені в.


Зараз роботів створюють з різних матеріалів залежно від того завдання, яке їм потрібно виконати. Нерідко, наприклад, від робота потрібна певна гнучкість, для чого використовуються м'які актуатори і саме тіло робота. При цьому частини роботів також можна створювати і з біоматеріалів: наприклад, м'язових клітин або нейронів.


Однак створення біороботів має низку обмежень. Наприклад, вони рідко обходяться без синтетичних частин (наприклад, «тіло» робота з м'язів і нейронів - полімерна підкладка), а також їх не так просто програмувати і потім відтворювати.

Сем Крігман (Sam Kriegman) з Вермонтського університету і його колеги вирішили автоматизувати процес створення живих біороботів за допомогою еволюційного алгоритму. Їх алгоритм створює істот з двох типів клітин, узятих з бластули гладкої шпорцевої жаби. Перший тип клітин - статичний, другі клітини можуть скорочуватися, а в самому алгоритмі вони представлені у вигляді вокселів.

Мета еволюційного алгоритму - визначити таку конфігурацію істоти, при якій вона зможе найефективніше рухатися вперед. Для цього він створює популяцію випадкових істот, а потім відкидає тих, кому не вистачило скорочених кубиків для того, щоб подолати максимальну відстань за 10 секунд при скороченні в 2 герца. Наприклад, очевидно, що істота у вигляді кубика, в якому тільки один з вокселів залишений під клітину, що скорочується, відбір еволюційного організму не пройде.

Після цього на підставі моделі створюється сама істота. З ембріонів жаби виділяються індуковані стовбурові клітини, які в самому організмі використовуються як статичні. Сама істота (розміром приблизно в міліметр) створюється вручну (вчені стверджують, що їм вдалося домогтися «біологічно наближеної» форми порівняно зі створеною алгоритмом), після чого до тіла додаються серцеві прогениторні клітини, з яких потім формуються скорочуються кардіоміоцити.

Поки що організми досить прості, а також не автоматизований сам процес їх створення, оскільки робити їх доводиться вручну. Автори, однак, зазначають, що здатність до руху ксеноботів дозволить їм переносити й інші об'єкти: їх, наприклад, можна буде застосовувати для доставки ліків, позбавлення судин від тромбів і перенесення сміття в океані. Крім того, вони зазначили, що кілька таких організмів зможуть діяти спільно і переміщатися в групах.

Для створення біороботів іноді використовують спочатку автономні живі організми - наприклад, тварин. Так, у 2017 році вчені прикріпили до черепахи керований її рухами механізм і відправили у плавання.


COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND