Биоробот что это такое
Ксеноботы: как устроены первые биороботы и что они умеют делать
В реальной жизни роботы пока выглядят, как неуклюжие механизмы из металла или пластика, которые с трудом взаимодействуют с окружающей средой, людьми и такими же роботами. В середине января ученые из университетов Вермонта и Тафтса перевернули это представление — они создали роботов, полностью состоящих из живых клеток. Микроскопические полностью программируемые живые организмы размером около 1 мм пока умеют только плавать и толкать маленькие гранулы, но это уже огромный прорыв в биоробототехнике. «Хайтек» рассказывает, зачем нужны роботы из живых клеток, насколько этично создание таких организмов и какое будущее ждет технологию.
Читайте «Хайтек» в
Ученые из университетов Вермонта и Тафтса создали из живых клеток ксеноботов — микроскопических роботов, названных так в честь своего прародителя, африканской когтистой лягушки Xenopus laevis.
Роботы не могут есть, размножаться и живут около недели. Зато они способны плавать, толкать или переносить предметы, а также работать в группах. Это первые роботы, состоящие полностью из живых клеток и способные решать сравнительно широкий спектр задач.
Для того, чтобы создать их, исследователи из Университета Вермонта разработали искусственный интеллект, способный моделировать совместную работу десятков тысяч различных комбинаций клеток кожи и сердца, если они будут существовать в реальном мире. Затем ученые из Университета Тафтса выбрали самое оптимальное сочетание и создали программируемый организм из стволовых клеток, взятых из эмбрионов лягушек.
Исследователи обрезали периферическую область эмбриона, которая обычно развивается в кожу или сердечную мышцу в процессе роста. Затем они вручную разделили ткани на отдельные клетки и поместили их в чашку Петри.
Получившийся организм движется благодаря сокращениям клеток сердечной мышцы — они ведут себя примерно так же, как клетки человеческого сердца. Клетки кожи, в свою очередь, создают каркас, который удерживает клетки сердца вместе.
У ксеноботов есть способности к самовосстановлению: когда ученые повредили клетки кожи одного из роботов, он смог без посторонней помощи восстановить их и ликвидировать рану.
После того, как все клетки соединились в единый организм, исследователи придали ему оптимальную для движения форму, смоделированную ИИ. Получившиеся роботы имеют микроскопический размер — их ширина составляет около миллиметра. Несмотря на это, создание ксенобота — большой шаг в создании программируемых живых организмов, то есть совершенно новых форм жизни.
Главный прорыв исследования заключается в придании смоделированной ИИ формы живому организму — то есть в переводе с языка компьютера на биологический язык, отмечают авторы работы. Ученые создали рецепт робота, который каждый раз выполняет одни и те же функции.
В более ранних исследованиях ученые использовали генную инженерию и различные виды генерации тканей, однако никому из них не удавалось создать устойчивую и воспроизводимую модель биоробота — существа каждый раз имели разную форму, а их функционал сильно отличался. Поэтому использование ИИ для производства роботов из живых клеток имеет большое значение — такие организмы можно воспроизводить бесконечное количество раз без серьезных отличий.
Зачем нужны роботы из живых клеток?
Это может прозвучать как научная фантастика, но люди меняли и меняют организмы на протяжении тысячелетий. Речь идет об одомашнивании диких животных или о селекции сельскохозяйственных культур: например, кукуруза в нынешнем виде сильно отличается от своих дикорастущих далеких предков. Конечный результат таких экспериментов практически невозможно ни предугадать, ни проконтролировать.
Если взглянуть на разработку с этой стороны, она не кажется слишком новаторской. При этом создание роботов из живых клеток — следующий шаг к изменениям организмов, к которым приводит деятельность человека.
Ксеноботы не похожи на традиционных роботов — у них нет блестящих механизмов или роботизированных рук. Они напоминают крошечные шарики движущейся розовой плоти. Исследователи говорят, что эта форма выбрана не случайно — такие программируемые «биологические машины» позволят сделать то, чего не могут обычные роботы из стали и пластика.
Традиционные роботы со временем деградируют — их детали и механизмы изнашиваются, а в случае с медицинскими роботами это может нанести вред здоровью человека. Роботы, созданные из живых клеток, напротив, являются безопасными для здоровья человека и исключают нанесение какого-либо вреда экологии, считают исследователи.
Ксеноботов можно использовать для очистки радиоактивных отходов, сбора микропластиков в океанах или переноса лекарств по сосудам внутри человеческого тела. Ксеноботы выживают в водных средах без дополнительных питательных веществ в течение нескольких дней или недель, что делает их пригодными для внутренней доставки лекарств.
Помимо этих непосредственно практических задач, ксеноботы могут также помочь исследователям узнать больше о клеточной биологии — дальнейшие эксперименты по созданию биороботов дадут ученым представление о том, как клетки взаимодействуют друг с другом в различных сочетаниях.
Это этично?
Исследователи признают, что создание совершенно новых организмов поднимает много этических вопросов — даже если эти организмы не способны думать или чувствовать в привычном понимании. По мере развития технологий научному сообществу, вероятно, придется выработать правила, обеспечивающие этичное отношение к организмам, подобным ксеноботам.
При этом исследователи отмечают, что ксеноботы не являются организмами в привычном смысле слова — они представляют собой набор клеток, которые реагируют на внешнюю стимуляцию.
Что ждет технологию?
Сейчас исследователи сосредоточены на развитии технологии, а не на использовании ксеноботов для решения медицинских или промышленных задач. В частности, ученые пытаются найти механизм, позволяющий клеткам четко взаимодействовать друг с другом внутри организма. Кроме того, инженеры экспериментируют с различными методами стимуляции роботов, в том числе электрическими и химическими сигналами.
Для развития технологии ученым предстоит научиться более точно контролировать процесс роста и взаимодействия разных типов клеток. На данный момент, по словам исследователей, эта цель не выглядит легкодостижимой — как и печать ксеноботов из живых клеток на 3D-принтере в промышленном масштабе. Пока ученые не могут сказать, как технология будет развиваться дальше и с какими ограничениями могут столкнуться разработчики роботов из живых клеток.
LiveInternetLiveInternet
—Ссылки
—Рубрики
—Цитатник
Неужели все-таки Билл Гейтс? ИА REGNUM проанализовало госзаказы центра Гамалеи и обнаружило пре.
Кто такие русские? Народное Славянское радио 238 тыс. подписчиков Кто такие русские? Челове.
Оружие психологической войны Слова как снаряды Как выглядит афера COVID-19 если рассмотреть.
Что сулит миру пандемическое соглашение ВОЗ? Призрак мирового правительства готов материализова.
Как выбирали мужа на Руси? Секрет женщин древности! Осознанка 183 тыс. подписчиков Как найт.
—Метки
—Подписка по e-mail
—Музыка
—Поиск по дневнику
—Статистика
Биороботы среди нас. Как отличить человека от биоробота?
До сих пор при всем нашем техническом развитии мы не можем повторить, воспроизвести то, что уже кем то сделано, например наше тело.
Общеизвестно, что человек существо мыслящее. Это главное отличие.
Живых видно сразу, по энергетике, словам и поведению.
Раньше я отличал биороботов от нормальных людей по поведению и
просто заглядывая им в глаза (не советую!). Но на днях я для себя обнаружил опытным путём ещё один вариант. Просто задашь субъекту вопрос: Можешь ли ты оставаться на длительное время наедине с собой в полной тишине?
— Всё, этого достаточно! По ответу уже становится понятно. Биороботы просто не могут оставаться с собой наедине, как настоящие люди, поскольку у них отсутствует связь с Творцом
Биоробот никогда не задумается о смысле жизни и не станет его искать.
Его можно отличить от человека только по поведению, однако это сделать непросто. Здесь надо быть тонким психологом.
Человек же имеет выбор. как среагировать на воздействие.
Например: Пришел домой, а жена в слезах.
Есть два варианта: достать свою жену еще вопросами и довести до истерики или сразу ее обнять, выслушать не спрашивая, а потом когда она успокоится сказать, что все будет хорошо.
А как робот поступит?
Только по своей программе… Биоробот не чувствует эмоции другого человека.
Но даже и не в этом дело, кто заселяет наши тела? Ведь прирост населения идет прогрессирующими темпами. Наши тела производят себе подобные тела, а откуда берутся души? тоже где-то есть конвеер по производству душ? Читая Лобсанга Рампу (и еще некоторых писателей) в его книгах не раз замечал сноски на то, что астральный мир населен роботами, получается роботы присутсвуют на всех планах. Такие вот сущности не по своей воле, скорее всего по приказу из основного центра, воплощаются в тела на земле, заселять тела кем то ведь надо, размножение идет полным ходом, так вот и вопрос как различать ментальных роботов, воплощенных в телесные машины от людских сознаний?
Человек живет эмоциями и переживаниями, биороботу эти чувства не знакомы. Человек думает своей головой, любую информацию подвергает тщательному анализу, на основе которых делает собственные выводы. Биоробот полностью доверяет внешним источникам поступления информации, например телевизору.
Как различать, если все люди на земле биороботы. Сколько бы мы не размышляли и не философствовали своим мозгом, изначально мы исходим из того, что имеем и не более того. Даже наши фантазии и то искусственно нам даны, чтобы нам не было скучно. Моя теория создания человека биоробота другими цивилизациями уже много раз подтверждалась моим жизненным опытом, человек это не гомо сапиенс, человек это контролируемый объект, а порой и регулируемый за счёт своих инстинктов, эмоций и т д. Это целая наука которая в будущем ждёт нас, если наши создатели конечно захотят этого, может им достаточно того, что люди рождаются и размножаются до определённого числа биомассы а потом у нас якобы разумных существ вдруг случается война и мы убиваем друг друга для поддержания баланса нашей численности. (. )
Всякий робот имеет свою программу и действуя по этой программе, он выполняет минимум ошибок или вернее, вообще не делает ошибок.
А человек имеет право на ошибку.
Далее, эмоции робота опять же можно запрограммировать в качестве реакции на какой-нибудь стимул. У человека такое тоже возможно, но они могут иметь не внешний стимул, а внутренний, как результат внутренних размышлений и рассуждений.
Я считаю, если человек занимается творчеством, имеет своё мнение, которое не зависит от политики и новостей, почитает какие то традиции, то он настоящий. А биороботы, это люди для выполнения рутинных и четких задач.
Биороботы: фантастика или реальность?
Биороботы: фантастика или реальность?
«Мы с тобой одной крови?» (Р. Киплинг, «Маугли»)
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: В данной статье подробно рассмотрены основные пути развития направления биоинжениринга по созданию биоботов и проанализированы уже имеющиеся в этой сфере достижения.
«Био/мол/текст»-2016
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2016.
Генеральным спонсором конкурса, согласно нашему краудфандингу, стал предприниматель Константин Синюшин, за что ему огромный человеческий респект!
Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма «Атлас».
Ключевая особенность человека — жажда творить. На протяжении веков лучшие умы создавали нечто новое, меняя жизнь к лучшему, — когда плавно, когда кардинально. Изобретения, в свое время сотрясшие мир, казались несбыточной реальностью. Электричество, всемирная информационная сеть Интернет — теперь это наша обыденность, привычная и скучная. Уклад двадцать первого века схож с волшебством, фантастикой для предыдущих поколений. Возможно, и мы с таким же изумлением будем созерцать инновационные технологии, которые у наших внуков не будут вызывать и капли удивления. Бегут столетия, мир постоянно меняется, трансформируется. Только желание ученых постичь и создать нечто новое не ослабевает. Благодаря их стараниям то, что фигурирует в фильмах о будущем, скоро станет реальностью. Телепортация, полеты в космос сродни поездкам на автобусе — список можно продолжать бесконечно, пока не истощится воображение. Однако в этот раз мы поговорим о другом. О биороботах.
«Нет ничего более изобретательного, чем природа»
Трудно создать биологическую систему более совершенную, чем та, что уже существует в природе. В ней нет ничего лишнего, эволюция сделала все за человека — и ученым достаточно лишь внести свои коррективы в отлаженный временем механизм. Лаборатория iBionicS Университета Северной Каролины в 2012 году представила радиоуправляемого таракана (рис. 1). Принцип его действия заключается в воздействии на нервную систему через сенсоры-усики.
Рисунок 1. Сопоставление размеров модифицированного насекомого с монетой США номиналом 25 центов (диаметр — 2,4 см).
На спине насекомого закрепляли чип, подающий сигналы на антенны таракана и таким образом корректирующий траекторию его движения (видео 1). Перед учеными встала непростая дилемма: для успешной работы чипа требовались батарейки, которые значительно утяжеляли таракана. Было найдено изящное решение, которое можно назвать демонстрацией слаженной работы научных отраслей: с помощью физики удалось отыскать новое применение естественным биологическим процессам в организме таракана. При переваривании пищи таракан выделяет сахар трегалозу. На одном из электродов трегалоза раскладывается на две молекулы глюкозы. С помощью фермента гексокиназы происходит реакция фосфорилирования глюкозы и образуется глюкозофосфат. Эта реакция сопровождается выделением электронов, которые движутся ко второму электроду, то есть создают электрический ток. Ученым удалось добиться того, что таракан своей жизнедеятельностью сам и обеспечивает успешную работу чипа. Внедренные технологии удачно вписались в отлаженные эволюцией механизмы.
Видео 1. Движение радиоуправляемого таракана
В марте 2016 года было опубликовано другое исследование, также связанное с управлением насекомыми, но основанное на ином принципе. Группа ученых Наньянского университета работала с жуками Mecynorhina torquata [1]. Воздействие производили на группы мышц жуков, ответственные за движение лапок (рис. 2). То есть стимулировали опорно-двигательный аппарат, а не нервную систему.
Рисунок 2. Анатомия передней ноги жука. а — Мышцы верхней стороны тела жука. б — Мышцы с нижней стороны. Крестиками помечены группы мышц, стимулируемые электрическими импульсами.
Меняли очередность воздействия и его силу — таким образом регулировали скорость передвижения жука (рис. 3).
Рисунок 3. Отслеживание ширины шага и скорости перемещения жука. Красные кресты указывают координаты передней ноги и рога жука, по которым высчитывалась ширина шага, калибруемая по обычной линейке.
Его перемещения отслеживались с помощью технологии захвата движения. Три специальные камеры отслеживали движения жука и представляли их в виде передвижений упрощенной трехмерной модели насекомого. Биология, физика и информатика внесли свой неоценимый вклад в конечный результат — рисунок 4.
Рисунок 4. Установка для захвата движения насекомого и компьютерная модель. а — Компьютерная система захвата движений. б — К передним ногам и спине жука прикрепляли светоотражающие маркеры для отслеживания движений. в — Собранные 3D-данные о движении преобразовывали и показывали в виде трех независимых графических сегментов.
Модифицированные насекомые давно будоражат людское воображение. Они обладают отличной проходимостью, которая может пригодиться в шпионской деятельности. Подобное применение освещалось в кинематографе и имеет неоспоримые преимущества (видео 2).
Видео 2. Отрывок из фильма «Пятый элемент» (режиссер Л. Бессон)
Однако насекомые-киборги пригодятся и в более мирных целях. Например, в поиске пострадавших под завалами.
Создавая новое
Но вместе с тем ученые ставят перед собой и более амбициозные задачи. Как насчет того, чтобы создать нечто новое? В 2012 году сотрудники Гарвардского университета и Калифорнийского технологического института продемонстрировали созданную ими искусственную медузу (рис. 5) [2]. «Медузоид» — это первый в мире искусственный мускул, состоящий из смеси специальных полимеров и мышечных волокон крысы.
Рисунок 5. Конструкция из силикона и клеток сердца крыс, повторяющая настоящую медузу.
Мышечные волокна, взятые из клеток сердечной ткани мышей, выращены на полимерной матрице. В качестве материала для нее использовали полидиметилсилоксан, который по свойствам близок к соединительной ткани медуз — мезоглее. Необходимой формы добивались с помощью нанесения рисунка из протеинового раствора.
Ориентируясь на строение медузы ушастой аурелии (Aurelia aurita), ученые добились такого же принципа перемещения для биобота. Он двигается за счет выталкивания жидкости, для чего необходимо сокращение мышц. Для обеспечения этого «медузоид» был помещен в электропроводящий соляной раствор. Под воздействием электрических импульсов происходит сокращение мышечных клеток, и биоробот осуществляет движение. Пока не удается достичь полного контроля траектории его движения, но данное направление является весьма перспективным. Работа ведется активно и вдохновляет ученых на новые свершения.
Данное исследование дало толчок следующему. В 2016 году группа ученых из Гарварда представила мировой общественности разработку — «золотого» ската (рис. 6) [3], [4].
Подробнее об искусственном скате можно прочитать на «биомолекуле»: «Мечтают ли батоиды об электрокрысах?» [5]. — Ред.
Рисунок 6. Глаз и скат. Сейчас мы наблюдаем за скатом, а потом он поможет нам наблюдать за другими организмами.
Это система по принципу строения во многом напоминает ската природного (рис. 7).
Рисунок 7. Особенности строения искусственного ската. а — Живой скат. б — Строение плавника живого ската. в — Четыре слоя тела искусственного ската: слой 1 — корпус из полидиметилсилоксана (силикона, применяемого в медицине, косметологии и даже пищевой промышленности); слой 2 — золотой скелет; слой 3 — снова тонкий слой полидиметилсилоксана, на котором расположены мышечные клетки (слой 4). г — Концепт. д — Обхождение препятствий в зависимости от интенсивности подаваемого сигнала.
Очень доступно о том, как хитроумно работает оптогенетика рассказано в статье «Светлая голова» [6]. А как оптогенетика может заставить видеть даже в случае тотального повреждения фоторецепторных клеток сетчатки, описано в статье «Оптогенетика + голография = прозрение?» [7]. — Ред.
Видео 3. Как с помощью живых мышечных клеток и импульсов света удается успешно управлять созданным в лаборатории биоботом
Приведенные выше исследования доказывают: наука вышла на достаточно высокий уровень, чтобы создавать квазиорганизмы искусственным путем, ориентируясь на природные подобия. Пока предприняты лишь первые шаги, которые открывают дорогу более продвинутым исследованиям. Возможно, в скором будущем ученым удастся создать биороботов, более сложных в строении и менее ограниченных в плане среды и условий существования.
Полет фантазии
В результате эволюции организмы, ныне живущие на Земле, достигли совершенства. Все процессы для их успешной жизнедеятельности отлажены и дополняют друг друга. Казалось, не нужно ничего более. Однако не существует границ для человеческой фантазии. Если наличествует должный научный аппарат, почему бы не создать нечто новое, не имеющее аналога в природе? Группа ученых из Университета Иллинойса сделала первые шаги в этом направлении. В 2012 году был показан биобот, приводимый в действие клетками сердечной ткани мышей [8], [9]. Он представлял собой 3D-напечатанный каркас из гидрогеля с высеянными на его поверхность кардиомиоцитами (рис. 8). Клетки сокращаются и расслабляются самостоятельно при соблюдении определенных внешних условий, и биобот размером не более 1 см двигается.
Некоторое время назад «биомолекула» писала о полумягком роботе-прыгуне, тоже созданном посредством 3D-печати: «3D-принтер произвел на свет полумягкого робота-прыгуна» [10]. — Ред.
Рисунок 8. Движения биобота на клетках сердечной мышцы.
Однако контролировать сокращение сердечных клеток — непростая задача, и в 2014 году та же группа ученых представила модернизированную версию биоробота: уже с использованием клеток скелетных мышц мышей (рис. 9). Под воздействием электрических импульсов, подаваемых с внешнего электронного устройства, они сокращаются, вследствие чего биобот передвигается.
Рисунок 9. Строение биобота: гидрогелевый каркас и скелетная мышечная ткань.
Скорость движения регулируется частотой подаваемого поля — это было установлено экспериментально (видео 4).
Видео 4. Напечатанные на 3D-принтере биоботы, приводимые в движение мышечными клетками и управляемые электическими импульсами
Разработанная технология позволяет использовать гидрогелевые каркасы различных форм и дает достаточно свободы для дальнейших изысканий. Уже достигнутый контроль над движением биоробота планируется улучшить. Ученые собираются внедрить в мускульные ткани нейронные сети. Это усложнит алгоритмы движения, но позволит подключить иные способы управления, например, светом или химическим составом среды.
Большие надежды
Двадцать первый век — время, когда достижения науки позволяют претворять давние мечты в жизнь. Описанные типы биороботов могут найти применение во многих сферах жизни человека. Насекомые-киборги пригодятся в шпионаже и операциях МЧС, оптогенетика позволит создать дронов, держащихся в воздухе за счет сокращения мышечных колец. Военную отрасль будут ждать кардинальные перемены. Биороботы, аналоги природных созданий, пока ограничены средой, однако в будущем эти рамки будут преодолены. Станет возможным создание биороботов более сложной структуры, которые превзойдут живые оригиналы. Появится новое направление в биологии — разве могли предыдущие поколения даже мечтать о подобном?
Фантастика становится реальностью. Ученым двадцать первого века выпал счастливый шанс не только наблюдать, но и принять участие в этом увлекательном процессе.