Ксеноботы

МБОУ "Средняя общеобразовательная школа №8 имени К.К. Рокоссовского"

 г. Курска

Доклад по теме:  

«Ксеноботы»

Подготовили:

ученицы 10 «А» класса

Долгих Алина Сергеевна,

Габриелян Алина Завеновна

Руководитель работы: 

Шишкина Ирина Валентиновна,

 учитель физики МБОУ

"Средняя общеобразовательная

школа №8 имени

К.К. Рокоссовского" г. Курска

Курск 2020

«Ксеноботы»

Мечта управлять живыми клетками и строить из них новые организмы преследует человечество не первое десятилетие. Однако лишь недавно исследователям, наконец, удалось собрать из живых клеток единую систему – настоящих биороботов. Ученые именовали их ксеноботами.

Сейчас интернет  кишит новостными заголовками: «Ксеноботы с искусственным интеллектом: ученые впервые сочетают ИИ и «живых роботов»», «Ученые создали программируемый организм из клеток лягушки», «Биоробот, искусственный организм», «Ученые создали живые машины. Ксеноботы – это и не роботы, и не животные». Нам стало интересно: что это за чудо изобретение, в чем его особенность, и какая от него польза? А может это новшество может понести за собой какие-то негативные последствия? Это мы попытаемся выяснить.

Итак, предметом нашего доклада являются ксеноботы – «живые роботы».

Цели и задачи:

1)Выяснить: что такое «ксенобот»?

2)Определить область применения изобретения

2)Выяснить: какую пользу и вред принесут «живые» роботы?

Разработка живых существ долгое время казалась фантастикой, но теперь это реальность — компьютерные инженеры из Университета Вермонта и биофизики из Университета Тафтса создали биороботов. В статье, опубликованной в PNAS, они описывают использование ИИ для создания совершенно нового организма из стволовых клеток лягушки — фактически, они создали крошечного живого робота. Их основная цель состоит в том, чтобы использовать этих «ксеноботов» для лучшего понимания того, как клетки всех видов общаются друг с другом. Название ксеноботы получили в честь африканской когтистой лягушки Xenopuslaevis, у которой учёные взяли материал для своей разработки.

То, что они могут делать, это ходить, плавать, толкать или переносить предметы и работать вместе в группах. Это существенные достижения для первых в своем роде роботов, сделанных из совокупности клеток.

Для достижения этой цели команда из Вермонтского университета разработала искусственный интеллект, способный выполнять десятки тысяч симуляций того, как будут вести себя различные комбинации клеток кожи и сердца, если они будут построены в реальном мире. Команда из Университета Тафтса использовала некоторые из этих предсказаний, чтобы построить функциональный организм из стволовых клеток, взятых из эмбрионов лягушек.

Как пишет CNN, проект ксеноботов был разработан с помощью суперкомпьютера DeepGreen. Суперкомпьютер, учитывая особенности клеток и запрограммированные требования к роботам, например, способность передвигаться, создал множество вариантов форм будущих организмов. Затем компьютер выбрал такие формы, которые больше всего подходят для решения задач, поставленных перед роботом. Учёные собрали стволовые клетки эмбрионов лягушки и сконструировали из них организмы по моделям, которые посоветовал суперкомпьютер.

Команда собирает эти клетки, обрезая периферическую область эмбриона, которая обычно развивается в кожу или сердечную мышцу позже в процессе роста. Они вручную разделяют ткань на отдельные клетки и помещают их в специальные формы.

Это похоже на создание мармелада: все перемешано, и вы не ожидаете того, что эти отдельные клетки смогут координировать свои действия. Другими словами, расплавленный мармелад сам по себе никогда не превратится в жевательного мишку. Но то, что они строят — это не просто беспорядок. Это функциональный, целостный организм.

Этот организм движется, используя клетки сердечной мышцы, которые предназначены для сокращений (так бьется ваше сердце). Клетки кожи помогают удерживать все вместе, точно так же, как они это делают в настоящих организмах.

После того, как исследователи вытаскивают ксенобота из формы, команда вручную обрезает его до вида, предсказанного искусственным интеллектом. По словам учёных, они придумали «рецепт», с помощью которого можно создавать относительно небольшое количество ксеноботов, способных передвигаться и выполнять одни и те же функции. Такие существа могут в конечном итоге найти практическое применение вне лаборатории, например, для улучшения доставки лекарств внутри организма.

И это только первый шаг. Перевод сгенерированного компьютером существа в биологический организм — это нечто новое. Но не ясно, сколько времени понадобится этому методу, чтобы стать новой медицинской технологией или даже изменить понимание того, как работают клетки.

Тем не менее, это выглядит многообещающе. Перенос поведения робота из симуляции в реальность чрезвычайно сложен, и эта новая статья показывает впечатляющие результаты. Использование командой живых клеток для получения моделируемых конструкций и моделей поведения является особенно многообещающим показателем нашей будущей способности создавать биосовместимых роботов, которые будут использовать упругость и интеллект живых тканей.

В ходе экспериментов ксеноботы двигались по кругу и перемещали микроскопические гранулы. У них даже есть способности к самовосстановлению: когда учёные разрезали одного робота, он зажил и продолжил двигаться. Однако если перевернуть ксенобота «вверх ногами», он уже не сможет вернуться в исходное положение и будет, как жук, лежать на спине.

«Это живые машины. Они не являются ни традиционным роботом, ни каким-либо известным видом животных. Это новый класс существ: живой, программируемый организм», — заявил Джошуа Бонгард, один из ведущих исследователей из Вермонтского университета.

Ксеноботы не похожи на традиционных роботов — в них нет искусственных механизмов или роботизированных рук. Вместо этого они больше напоминают шарики движущейся плоти.

Традиционные роботы, как пишут учёные, «со временем портятся, выходят из строя, а их использование может иметь вредные побочные эффекты для экологии и здоровья людей». Ксеноботы более экологичны и безопасны для человека, считают исследователи. Они утверждают, что ксеноботов можно использовать для решения множества задач. Например, живые роботы могут быть полезны для очистки радиоактивных отходов, сбора пластика в океанах. Ксеноботы могут выживать в водной среде без дополнительных питательных веществ в течение нескольких дней или недель, что делает их пригодными для доставки лекарств в человеческое тело и даже уничтожения холестериновых бляшек в сосудах.

Помимо этих практических задач, ксеноботы могут также помочь исследователям узнать больше о структуре и функционировании клеток, что позволит им достичь прогресса в лечении различных заболеваний.

«Вы смотрите на клетки, из которых мы строим наших ксеноботов, и геномно это клетки лягушек. Но сами ксеноботы — это не лягушки. Как мы показали, эти клетки можно использовать для создания интересных живых форм, которые полностью отличаются от анатомии лягушек. И тогда возникает вопрос — что еще эти клетки способны строить? Если бы мы могли создавать биологические формы по заданной программе, мы могли бы исправить врожденные дефекты, переделывать опухоли в нормальные ткани, регенерировать тело человека после травм или заболеваний и победить старение», — утверждают исследователи.

Учёные также отмечают, что многие наверняка опасаются, что рано или поздно искусственно созданные организмы могут выйти из-под контроля. Однако исследователи подчёркивают, что после выполнения своей задачи живой робот становится набором мёртвых клеток, которые не несут никакого вреда. Кроме того, ксеноботы лишены способности к размножению.

Люди постоянно меняют организмы и делают это на протяжении тысячелетий. Но этот процесс обычно занимает десятилетия или даже столетия — подумайте об одомашненных культурах, таких как кукуруза, которая не очень-то похожа на своих диких предков — точный конечный результат практически невозможно контролировать.

Ситуация, в которой размывается разделительная черта между роботами и живыми организмами – популярная тема научной фантастики. Вспомним роботов-убийц в «Терминаторе», репликантов в «Бегущем по лезвию» и разнообразные пограничные формы в супер-популярном британском сериале «Черное зеркало».

«Перспектива существования так называемых живых роботов и использования технологий по созданию живых организмов вполне оправданно вызывает озабоченность у многих», – говорит один из создателей ксеноботов директор центра биологии регенерации и развития университета Тафтса (Массачусетс, США) Михаэль Левин.

Но эти биороботы не могут есть, не могут размножаться и живут лишь около недели, поэтому вторжение франкенжаб не должно занимать первое место в вашем списке проблем.

Учёные признают, что создание совершенно новых организмов поднимает много этических вопросов, даже если эти организмы не способны думать или чувствовать в нашем понимании этого. По мере развития технологий, говорит он, в конечном итоге нам, возможно, потребуется выработать правила этического отношения к ксеноботам.

Однако они не живы в том смысле, в котором вы обычно думаете об этом. По сути это ткани, которые реагируют на стимуляции.

Еще неизвестно, что будет дальше с ксеноботами, и что они могут рассказать нам о том, как работают клетки. Больше всего создателей интересует, как клетки общаются между собой. Общая задача здесь со стороны биологии — понять, как взаимодействуют отдельные клетки и как они решают, какие тела строить. Это действительно песочница.

Понимание того, как клетки обмениваются информацией, будет иметь большое значение для будущего биологических наук. Мы сейчас на той же стадии развития, на которой была информатика в 40-х годах, когда для того, чтобы что-то перепрограммировать, нужно было перетыкать провода и работать с физическими переключателями. Мы должны двигаться вперед, совершив переход от «железа» к «программам».