Старая версия сайта
12+
Издаётся с 1924 года
В интернете с 1995 года
Наука

Они способны ощущать

Учительская газета, №15 от 14 апреля 2020. Читать номер
Автор:

Биороботы стали реальностью

Биороботов большинство из нас воспринимают исключительно как фантастических персонажей. Да, роботы уже задействованы в самых разных областях, но они сделаны из искусственных материалов – металла и пластика. Недавно группа специалистов из университетов Вермонта и Тафтса (США) впервые в мире представили роботов, которые полностью состоят из живых клеток.

Разумеется, попытки создать биороботов предпринимались и прежде. Для этого использовались такие методы, как генная инженерия и те или иные разновидности генерации тканей. Несколько лет назад возник ажиотаж вокруг открытия профессора Брайана Кера, специалиста по материалам из Университета Нью-Мексико. Профессору и его научной команде удалось создать целый миллион так называемых клеток-зомби.

Такая клетка создана из диоксида кремния и очень похожа на живую. Для ее создания крошечную частицу диоксида кремния поместили внутрь настоящей живой клетки и подвергли нагреву. В итоге живая клетка потеряла свой белок, но диоксид кремния не позволил ей распасться, приняв форму белка.

По словам доктора Кера, «клетки-зомби» получились во многом даже удачнее живых оригиналов. Например, они способны переносить экстремальные (до 500 градусов по Цельсию) температуры и давление.

Так как профессор Кер занимается еще и нанотехнологиями, сотрудничая с Национальной лабораторией Сандия в Альбукерке, он считает, что открытие окажется полезным и в этой области.

«Перед учеными стоят сложные задачи на пути создания наноструктур, – говорит Кер. – Мы научились создавать частицы и волокна, но создать произвольные трехмерные структуры нам пока не удалось. А с таким подходом нам эти структуры самим создавать и не придется, природа уже все сделала за нас».

Сотрудники университета Иллинойса представили новый класс ходячих мини-роботов, работающих на мышечных клетках. Перед учеными встала задача – заставить робота двигаться подобно живому организму… Вначале для этой цели использовались мышечные клетки сердца. Но позднее выяснилось, что скелетные мышцы гораздо лучше поддаются управлению с помощью электрических импульсов.

Прорыв в создании нового поколения роботов позволил сделать 3D-принтер. Именно благодаря ему удалось «напечатать» миниатюрные машины из гибкого гидрогеля и живых скелетных мышц. Для того чтобы мышцы могли сжиматься и разжиматься, применяются электрические импульсы. Воздействие электроимпульсами разных частот может заставить биороботов, например, двигаться быстрее или медленнее.

Однако до недавних пор никому так и не удалось создать полноценную модель биоробота, которая обладала бы устойчивостью, воспроизводимостью и могла бы выполнять какие-то конкретные функции. А вот биоинженеры из Вермонта и Тафта подошли к этому уже вплотную.

Разработчики дали своим созданиям название «ксеноботы» в честь африканской когтистой лягушки Xenopus laevis, клетки которой и были использованы для создания роботов.

Для начала ученые разработали искусственный интеллект, моделирующий взаимодействие десятков тысяч комбинаций клеток кожи и сердца живых существ. Затем выбрали оптимальное сочетание виртуальных клеток, на основе которого и был создан ксенобот. Материалом для его изготовления послужили стволовые клетки, взятые из лягушачьих эмбрионов.

Авторы исследования обрезали периферическую область эмбриона, из которой в дальнейшем должны были развиться кожа или сердечная мышца, вручную разделили ткани на клетки и поместили их в чашку Петри для последующего роста.

Оказалось, что такие искусственно выращенные организмы способны двигаться благодаря сокращениям клеток сердечной мышцы, удерживаемых в свою очередь каркасом из клеток кожи. Ученые с помощью ИИ смоделировали оптимальную форму для ксеноботов.

Внешне ксеноботы выглядят как крошечные, диаметром около 1 миллиметра, розовые шарики из живой плоти. В отличие от людей и животных они не нуждаются в пище и размножении, а продолжительность их «жизни» не превышает неделю. Но зато их можно программировать на выполнение различных задач. К примеру, они могут плавать и передвигать мелкие предметы, и, что немаловажно, они способны, решая задачи, кооперироваться с другими роботами.

Еще одна важная вещь: ксеноботы способны самовосстанавливаться. Исследователи в порядке эксперимента специально повредили клетки кожи одного из «подопытных» и смогли наблюдать, как тот самостоятельно восстановил их.
А зачем вообще нужны биороботы? По словам разработчиков, у традиционных роботов высокий процент износа, а биороботы способны к регенерации тканей.

Что касается практических задач для ксеноботов, то в них могут входить, например, очистка радиоактивных отходов, сбор отходов в морских акваториях или доставка медикаментов внутри человеческого организма. В сфере медицины (а медицинские роботы сейчас довольно распространены) биороботы куда безопаснее для пациентов, чем их металлические собратья. Также они наносят меньше вреда экологии.

Тем не менее остаются этические вопросы. Все-таки ксеноботы являются в какой-то мере живыми организмами, а вдруг они способны что-то ощущать? Хотя их создатели уверяют, что это всего лишь наборы биоклеток, реагирующие на внешние стимулы.
В настоящее время исследователи пытаются доработать технологию. В частности, обеспечить четкое взаимодействие друг с другом клеток внутри организма ксенобота. Также на ксеноботов в экспериментальном порядке воздействуют различными стимулами, например электрическими и химическими.

О выпуске биороботов в промышленных масштабах пока говорить не приходится, рассказывают авторы проекта. Нужно сначала понаблюдать за свойствами роботов и понять, каковы перспективы их развития и какие тут могут существовать ограничения.

Ирина ШЛИОНСКАЯ


Комментарии


Профессионалам - профессиональную рассылку!

Подпишитесь, чтобы получать актуальные новости и специальные предложения от «Учительской газеты», не выходя из почтового ящика

Мы никому не передадим Вашу личную информацию
alt