Ksenobot – co to takiego?

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 4 min.

Choć nazwa może być myląca, ksenobot nie ma niczego wspólnego z obcością ani ksenomorfami z filmów Ridleya Scotta. Przyjrzymy się nie tylko etymologii słowa, ale także stanowi aktualnych prac i temu, co ksenoboty mogą nam w niedalekiej przyszłości zaoferować.

Ksenoboty, nazwane tak na cześć afrykańskiej żaby szponiastej Xenopus laevis, są syntetycznymi organizmami, które projektuje się do wykonywania określonych zadań. Zbudowano je poprzez łączenie tkanek biologicznych.

Żaba xenopus laevis, dzięki której powstał ksenobot
Xenopus laevis, znana także jako platana szponiasta.
Żaba xenopus laevis, dzięki której powstał ksenobot
Płaz zamieszkuje wody środkowej i południowej Afryki.

Pamiętacie robota z R.U.R.? Robot, od którego pochodzi cząstka “-bot” to pomysł autorstwa czeskiego dramaturga Karela Čapka pochodzący od słowa oznaczającego pracę przymusową. Podczas gdy “xenos” to w grece dziwny lub obcy – stąd konstrukcje takie jak “xenomorph” (dosłownie: “dziwnokształtny”, “obcokształtny”) z filmu Alien, czy “ksenofobia”: strach przed obcymi. 

Grecy używali “xenos”, aby oznaczać również miłego gospodarzowi gościa, a ich etyka “xenia” wymagała gościnności wobec… cóż, gości. Odwrotnym nastawieniem jest ksenofilia, czyli zamiłowanie do wszystkiego, co obce. Poús to w grece stopa. Xenopus – “obca stopa”. Laevis ma konotacje z przymiotnikiem “lekki” w wielu językach. Choć znaliśmy zamysł, to przyznajemy, że szersza koncepcja ksenobotów jeszcze do niedawna była wielu z nas obca

Zwodniczej etymologii nazwy gatunku, który przyniósł nam ksenoboty, już wystarczy. Owszem, żaba jest tutaj bohaterką i prawdziwym filarem projektu, ale spójrzmy praktycznie na to, co Xenopus laevis przyniósł tak naprawdę światu nauki. 

Czym jest ksenobot?

Ksenoboty (xenoboty) mogą przywodzić na myśl skojarzenia z nanitami. Mają mniej niż 1 milimetr szerokości i składają się tylko z dwóch elementów: komórek skóry i mięśnia sercowego, które zaś pochodzą z komórek macierzystych pobranych z wczesnych embrionów żab w stadium blastuli, czyli wczesnego rozwoju zarodkowego. Uff, udało się to składnie opisać. Komórki skóry zapewniają ksenobotom sztywne, stabilne podparcie, a komórki serca działają jak małe silniki. Kurczą się i rozszerzają, aby wprawiać go w ruch. 

Organizm zaprojektowany komputerowo. Po lewej: projekt-symulacja. Po prawej: organizm fizyczny zbudowany całkowicie z tkanki biologicznej (skóra żaby - zielony, mięsień sercowy - czerwony).

Kształt “ciała” ksenobota oraz rozmieszczenie komórek skóry i serca są automatycznie projektowane w symulacji w celu wykonania konkretnego zadania. Stosuje się do tego metodę prób i błędów. Ksenoboty zostały zaprojektowane do chodzenia, pływania, popychania granulek, przenoszenia ładunków i współpracy w roju w celu zebrania gruzu rozrzuconego wzdłuż powierzchni naczynia w schludne stosy. Potrafią przetrwać tygodnie bez jedzenia i leczą się samodzielnie po skaleczeniach.

Zastosowanie ksenobotów

Obecnie ksenoboty są wykorzystywane przede wszystkim jako narzędzie naukowe do zrozumienia, jak komórki współpracują ze sobą w celu budowy złożonych ciał podczas morfogenezy – procesów rozwojowych definujących kształt zarodka oraz dorosłego organizmu. Zachowanie i biokompatybilność obecnych ksenobotów sugeruje co najmniej kilka potencjalnych zastosowań, do których mogą one zostać wykorzystane w przyszłości. Może się okazać, że ksenoboty staną się prawdziwym panaceum na problemy współczesnego świata.

Jedno z potencjalnych zastosowań zalicza się do spektrum działań ekologicznych. Biorąc pod uwagę, że ksenoboty składają się wyłącznie z komórek żaby, są one biodegradowalne. A ponieważ roje współpracują ze sobą, aby spychać i układać owe wspomniane granulki w stosy, spekuluje się, że przyszłe ksenoboty mogą być w stanie zrobić to samo z… plastikiem w oceanie. Mogłyby wówczas znaleźć i zebrać ich kawałki mikroplastiku w dużą kulę, którą następnie tradycyjna łódź lub dron zbierze i dostarczy do centrum recyklingu. 

Nic nie stoi na przeszkodzie, aby ksenoboty zajęły się na przykład toksycznymi odpadami industrialnymi albo nawet radioaktywnymi, które spowijają dna mórz.

Śmieci nad Pacyfikiem
Szykuje nam się Wielka Pacyficzna Wyspa Śmieci - to pojęcie właściwie już się stosuje. Nie z ksenobotami.

W przeciwieństwie do tradycyjnych technologii ksenoboty nie emitują zanieczyszczeń w trakcie pracy i degradacji, ponieważ wykorzystują energię z tłuszczu i białka naturalnie przechowywanego w ich tkankach. Taki cykl pracy czy życia ksenobota to około jednego tygodnia, po czym po prostu zamienia się on w martwe komórki skóry.

W przyszłych zastosowaniach klinicznych takich jak ukierunkowane dostarczanie leków, ksenoboty mogłyby być wytwarzane z własnych komórek pacjenta. Pozwoliłoby to ominąć wyzwania związane z reakcją immunologiczną, jakie wiążą się z innymi rodzajami mikrorobotycznych systemów dostarczania leków. 

Ksenoboty mogłyby być potencjalnie wykorzystywane do usuwania blaszki miażdżycowej z tętnic, a dzięki dodatkowym typom komórek i bioinżynierii, do diagnozowania i leczenia innych chorób.

Arterie krwionośne
Gromadzenie się blaszki miażdżycowej prowadzi do choroby niedokrwiennej serca. Nie z ksenobotami.

Alternatywa

Ludzie manipulują organizmami żywymi dla korzyści co najmniej od zarania rolnictwa w neolicie. Manipulacja genetyczna staje się powszechna, a w ciągu ostatnich kilku lat udało się ręcznie zmontować kilka sztucznych organizmów kopiując formy ciała zwierząt stosując osiągnięcia biomimetyki. Jednak jak dotychczas nie udało się to w takim stopniu. Ksenobot to ani tradycyjny robot, ani żaden znany gatunek zwierząt. To zupełnie nowa klasa artefaktów -żywy, programowalny organizm – zauważył Joshua Bongard, informatyk i robotyk z Uniwersytetu Vermont, który współkierował nowymi badaniami. Trudno przecenić wpływ prac na rozwój biologii.

Pomysły inżynierów realizujemy z pomocą stali, betonu albo plastiku. Dzięki temu mogą być mocne lub elastyczne. Ale mogą one również powodować problemy ekologiczne i zdrowotne, takie jak rosnąca plaga plastikowego zanieczyszczenia oceanów czy toksyczność wielu syntetycznych materiałów i elektroniki. “Wadą żywych tkanek jest to, że są słabe i ulegają degradacji” – mówi Bongard. “Dlatego właśnie używamy stopów stali. Ale organizmy mają 4,5 miliarda lat praktyki w regenerowaniu się i działaniu przez całe dziesięciolecia. A kiedy przestają działać – to znaczy następuje śmierć – zazwyczaj rozpadają się i są nieszkodliwe.” My dodamy od siebie więcej – tworzą warstwę zbawienną próchnicy, która tworzy nawet 70-80% gleby. Wracając do Bongarda: “Te ksenoboty są w pełni biodegradowalne. Kiedy po siedmiu dniach skończą swoją pracę, są już tylko martwymi komórkami skóry”.

Ksenoboty a ciało dla AI

Ksenoboty są nowością, ale nie bez precedensu. Inspiracje sięgają 1994 roku, kiedy to Karl Sims, grafik komputerowy, zaprezentował jedno z pierwszych na świecie wirtualnych stworzeń. Każde z nich rozpoczęło istnienie w symulacji, która przybliżała fizykę świata rzeczywistego. Każde z nich miało proste zadanie do wykonania, jak na przykład walka z innym cyfrowym stworzeniem o kontrolę nad sześcianem. I mogły ewoluować w czasie. Co lepsze, pan Sims udostępnił filmik.

Większość współczesnych badań nad sztuczną inteligencją skupia się na symulacjach umysłów inspirowanych mózgami organicznymi: to dobrze znane naszym Czytelnikom sieci neuronowe. Mogą pokonać każdego człowieka w grze w szachy, bo skupiają się na algorytmach. Niektóre społeczności badaczy pozwalają swoim symulowanym robotom rozwijać proste ciała i umysły jednocześnie. Stworzenia Karla Simsa nigdy nie opuszczały jednak swoich wirtualnych domów. “Jeden kanał telewizyjny zbudował podobne tylko po to, by zademonstrować” – zauważył kiedyś konstruktor. Ale ten model był tylko klockowatą repliką, a nie poruszającym się robotem.

W 2000 roku wirtualne stworzenia zrobiły pierwszy krok w kierunku świata rzeczywistego, kiedy dwójka naukowców z Brandeis University w amerykańskim stanie Massachusetts połączyli algorytm, który mógł rozwijać swoje własne proste maszyny z drukarką 3D tworzącą – z braku lepszego określenia – plastikowe maszyny. 

Serwis YouTube aż huczy od kolejnych doniesień.

Ksenoboty zostały zaprojektowane na superkomputerach University of Vermont, a zespół biologów z Tufts University z Massachusetts poddał projekt testom przy użyciu komórek macierzystych embrionów żab. 

Jak je zatem sklasyfikować? Czy to już sztuczne życie…? 

Podziel się:

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Oskar Pacelt

Oskar Pacelt

Autor i redaktor ponad 200 wpisów na Botland Blog. Wierzy, że udany tekst jest jak list wysłany w przyszłość. W życiu najbardziej interesuje go prawda, pozostałych zainteresowań zliczyć nie sposób. Zajmuje się ciekawostkami ze świata technologii i nauki. Najlepszy pływak w Botland.

Zobacz więcej:

Dodaj komentarz