اولین ربات‌ زنده‌ ای که می‌ توانند تولید مثل کنند!

اولین ربات‌ زنده‌ ای که می‌ توانند تولید مثل کنند!

اولین ربات‌ زنده‌ ای که می‌ توانند تولید مثل کنند!

برای ادامه حیات، تولید مثل نیاز است. در طول میلیاردها سال، جانداران بسیاری تکامل پیدا کرده‌اند. از شکوفه زدن گیاهان گرفته تا تولید مثل حیوانات و حتی ویروس‌های مهاجم!

امروزه دانشمندان دانشگاه ورمونت، دانشگاه تافتس و همچنین موسسه مهندسی بیولوژی Wyss در دانشگاه هاروارد، شکل کاملا جدیدی از تولیدمثل بیولوژیکی را کشف کرده‌اند و از کشف خود برای تولید اولین ربات‌های زنده‌ای که خودشان تولیدمثل می‌کنند، استفاده نموده‌اند.

همین تیم تحقیقاتی مذکور که اولین ربات‌های زنده را در سال 2020 ساختند ( یعنی ربات‌های کوچک Xenobot که از سلول‌های بنیادی قورباغه ساخته شده‌اند)، کشف کرده‌اند که این ربات‌های کوچکی که با کامپیوتر طراحی گردیده و به صورت دستی مونتاژ شده‌اند، توانایی جابه‌جایی و شناکردن در یک مکان محدود! را دارند. ربات‌های مذکور، قادر هستند تا با سلول‌های بنیادی دیگر ترکیب شوند و ربات‌های کوچک دیگری را تولید کنند. این ربات‌های تکثیرشده، دقیقا همانند ربات‌های پدر هستند و می‌توانند حرکت کنند و همواره تولید مثل کنند.

نتایج این تحقیقات جدید در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است. جاشوا بونگارد، کارشناس علوم کامپیوتر و متخصص رباتیک که سرپرست این پژوهش جدید است، می‌گوید: «با طراحی مناسب و درست این ربات‌ها، آن‌ها خودبه‌خود تکثیر خواهند شد».

پیش به سوی ناشناخته‌ها!

در قورباغه Xenopus laevis، این سلول‌های جنینی به پوست تبدیل می‌شوند. دکتر مایکل لوین، استاد زیست شناسی، مدیر مرکز کشف آلن در دانشگاه تافتس، یکی از سرپرستان این پژوهش و همچنین عضو هیئت علمی موسسه Wyss، می گوید: «آن‌ها در قسمت بیرونی یک بچه قورباغه می‌نشینند و از عوامل بیماری زا جلوگیری کرده و مخاط را مجدداً توزیع می‌کنند». وی همچنین می‌گوید: «اما ما آن‌ها را در یک زمینه جدید قرار می‌دهیم و به آن‌ها فرصتی می‌دهیم تا چند سلولی بودن خود را دوباره تصورکنند».

اولین ربات زنده چگونه تولید مثل می‌کند؟

آن‌چه که آن‌ها تصور می‌کنند، چیزی بسیار متفاوت از پوست است. دکتر داگلاس بلکیستون، دانشمند ارشد دانشگاه تافتس و موسسه Wyss که "سلول‌های پدر" زنوبات (Xenobot) را جمع‌آوری کرده و در تحقیقات اخیر، بخش بیولوژیکی را توسعه داده است، می گوید: «مردم برای مدت طولانی فکر می‌کردند که ما تمام راه‌هایی را که زندگی می‌تواند بازتولید یا تکثیر شود، پیدا کرده‌ایم. اما این موضوعی است که قبلاً هرگز مشاهده نشده است».

او همچنین افزود: «این موضوع بسیار عمیقی است. این سلول‌ها ژنوم ( ژنوم مجموعه کاملی از اطلاعات ژنتیکی موجود در یک موجود زنده است. در موجودات زنده، ژنوم در مولکول‌های بلند DNA به نام کروموزوم ذخیره می‌شود.) یک قورباغه را دارند، اما پس از رهایی از تبدیل شدن به قورباغه، از هوش جمعی خود برای انجام کارهایی بسیار شگفت‌انگیز استفاده می‌کنند.»

در آزمایش‌های قبلی، دانشمندان ازاین موضوع که ربات زنده Xenobot می‌توانست برای دستیابی به کارهای ساده طراحی شود، بسیار شگفت زده شده بودند. اما اکنون آن‌ها بسیار متعجب شده‌اند که این اشیاء بیولوژیکی (مجموعه‌ای از سلول‌ها که توسط کامپیوتر طراحی شده‌اند) به‌طور خود به خود تکثیر خواهند شد.

لوین می‌گوید: «ما ژنوم کامل و بدون تغییر قورباغه را داریم، اما این موضوع، هیچ اشاره‌ای به این مسئله ندارد که این سلول‌ها می‌توانند در این عمل جدید یعنی جمع‌آوری و ترکیب سلول‌های جدا شده برای تولید و تکثیر ربات‌های مشابه، باهم همکاری داشته باشند».

دکتر سام کریگمن، نویسنده اصلی مطالعه جدید، که دکترای خود را در آزمایشگاه بونگارد در UVM به پایان رسانید و اکنون یک محقق فوق دکترا در مرکز آلن تافت و موسسه مهندسی بیولوژیک Wyss در دانشگاه هاروارد است، می‌گوید: «این سلول‌های بنیادین قورباغه‌ای به شیوه‌ای تکثیر می‌شوند که با روشی که خود قورباغه‌ها این کار را انجام می‌دهند، بسیار متفاوت است. هیچ حیوان یا گیاهی که علم آن‌ها را شناخته است، به این شکل تکثیر نمی‌شوند».

سلول پدر Xenobot که از حدود 3000 سلول تشکیل شده است، به تنهایی یک کره را تشکیل می‌دهد. دکتر کریگمن می‌گوید: «این ربات‌های کوچک می‌توانند بچه تولید کنند اما بعد از آن سیستم معمولا از بین می‌روند. درواقع بسیار دشوار است که سیستم را مجبور کنیم تا به فرایند تولیدمثل ادامه دهد». اما با یک برنامه هوش مصنوعی که بر روی خوشه ابررایانه ای Deep Green در هسته محاسباتی پیشرفته ورمونت UVM کار می‌کرد، یک الگوریتم تکاملی توانست میلیاردها شکل بدن را در شبیه سازی آزمایش کند - مثلث، مربع، هرم، ستاره دریایی - تا شکل‌هایی را پیدا کند که به سلول‌ها اجازه می‌دهد که در تکثیر «سینماتیکی» مبتنی بر حرکت، مؤثرتر باشد.

دکتر کریگمن همچنین افزود: «ما از ابررایانه UVM خواستیم نحوه تنظیم شکل والدین اولیه را بیابد و هوش مصنوعی پس از ماه‌ها تلاش به طرح‌های عجیبی دست یافت، از جمله طرحی که شبیه Pac-Man بود. خیلی غیر شهودی است. خیلی ساده به نظر می رسد، اما چیزی نیست که یک مهندس انسانی به آن بپردازد. چرا یک دهان کوچک؟ چرا پنج تا نه؟ ما نتایج را برای داگ فرستادیم و او این Xenobot های پدر و مادر به شکل Pac-Man را ساخت. سپس آن پدر و مادرها بچه‌ها و نوه‌هایی را ساختند». به عبارت دیگر، طراحی مناسب، تعداد نسل‌ها را تا حد زیادی گسترش داد.

همانندسازی سینماتیکی در سطح مولکول‌ها به خوبی شناخته شده است این درحالی است که قبلاً هرگز در مقیاس سلول های کامل یا موجودات مشاهده نشده بود.

بونگارد استاد دانشگاه  بیان می‌کند: «ما کشف کرده‌ایم که این فضای ناشناخته سابق، درون موجودات یا سیستم‌های زنده وجود دارد و فضای بسیار وسیع و گسترده‌ای است، پس چگونه می‌توانیم آن فضا را کاوش کنیم؟ ما Xenobot هایی را یافتیم که راه می‌روند، شنا می کنند و اکنون، در مطالعه اخیر، Xenobot هایی را پیدا کرده‌ایم که به صورت سینماتیکی (جنبشی) تکرار می‌شوند. حال باید بیابیم که چه چیز دیگری آن‌جا هست؟»

یا همان‌طور که دانشمندان در مطالعه مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم می نویسند: «زندگی، رفتارهای شگفت انگیزی را دقیقاً در پشت پرده نشان می‌دهد که منتظر کشف شدن هستند».

پاسخ به ریسک!

برخی افراد ممکن است این ربات کوچک زنده را هیجان انگیز بدانند. برخی دیگر ممکن است با نگرانی یا حتی ترس به مسئله "بیوتکنولوژی خودتکثیرشونده" واکنش نشان دهند. اما برای دانشمندان، هدف درکی عمیق‌تر از این موضوع است.

استاد بونگارد می‌گوید: «ما در حال کار برای درک این ویژگی مهم هستیم: تولیدمثل. دنیا و فناوری‌ها خیلی سریع در حال تغییر هستند. برای همه مهم است که ما مطالعه کنیم و بفهمیم که این پدیده چشمگیر! چگونه کار می‌کند».

این ربات‌های میلی‌متری زنده، که به طور کامل در یک آزمایشگاه قرار دارند، به راحتی خاموش می‌شوند و توسط کارشناسان اخلاق فدرال، ایالتی و سازمانی مورد بررسی قرار می‌گیرند.

استاد بونگارد افزود: «این ربات‌ زنده و کوچک، مسئله‌ای نیست که مرا از شدت نگرانی، شب‌ها بیدار نگه می‌دارد! مسئله‌ای که خطر ایجاد می‌کند، بیماری همه‌گیر بعدی است. تسریع آسیب‌دیدن اکوسیستم در اثر آلودگی؛ تشدید تهدیدات ناشی از تغییرات آب و هوایی. درواقع، این یک سیستم ایده‌آل است که می‌توان در آن، سیستم‌های خود-تکثیر شونده را مطالعه کرد. ما یک الزام اخلاقی برای درک شرایطی داریم که تحت آن می‌توانیم آزمایشات را کنترل کنیم، هدایت کنیم، انجام دهیم و به‌طور شگفت‌انگیزی آن را گسترش دهیم!»

بونگارد به بیماری همه‌گیر کرونا و ساخت واکسن برای آن اشاره دارد.
وی همچنین افزود: « سرعتی که ما می‌توانیم راه‌حل‌هایی را تولید کنیم، بسیار اهمیت دارد. اگر بتوانیم فناوری‌هایی را توسعه دهیم، از "زنوبات" یاد بگیریم، در آن صورت می‌توانیم به سرعت به هوش مصنوعی بگوییم: "ما به یک ابزار بیولوژیکی احتیاج داریم که X و Y را انجام دهد و Z را سرکوب کند" که این مسئله می‌تواند بسیار مفید باشد. امروزه، این مسئله، خیلی زمان‌بر است. و اما هدف این تیم تحقیقاتی، سرعت بخشیدن به این موضع است که مردم بتوانند یک مسئله را بشناسند و از آن، به یک راه حل برسند. مانند استقرار ماشین‌های زنده(یا همان ربات‌ها) برای بیرون کشیدن میکروپلاستیک‌ها از آبراه‌ها یا ساخت داروهای جدید. ما باید راه‌حل‌هایی فناورانه‌ ایجاد کنیم تا به همان سرعتی که چالش‌های پیش روی ما افزایش پیدا می‌کنند، رشد کنند».

و این تیم در پژوهش‌هایی که انجام می‌دهند، نویدهایی را برای پیشرفت در حوزه پزشکی احیاکننده می‌د‌هند. لوین می‌گوید: «اگر بدانیم چگونه به مجموعه‌ای از سلول‌ها بگوییم که کاری که ما می‌خواهیم را انجام دهند، در نهایت، این همان طب احیاکننده است – این راه‌حلی برای آسیب‌های تروماتیک، نقص‌های مادرزادی، سرطان و پیری است. درواقع این مسائل مختلف وجود دارند; زیرا، ما نمی‌دانیم چگونه گروه‌هایی از سلول‌ها را که قرار است ساخته شوند، پیش بینی و کنترل کنیم. Xenobotها یک پلتفرم جدید برای آموزش به ما در این زمینه هستند».

زنوبات‌ها ربات‌های زنده و کوچکی‌اند که امیدی برای درمان سرطان و جلوگیری از همه‌گیری انواع بیماری‌ها هستند.



مطالب زیر را حتما مطالعه کنید


نظرات


برای ثبت نظر وارد وبسایت شوید

ما را در اینستاگرام دنبال کنید @RobaticSchool