Ученые создают следующее поколение живых роботов

Американские исследователи создали небольшие синтетические живые машины, которые самоорганизуются из отдельных клеток, быстро перемещаются в разных средах без потребности в мышечных клетках, могут запоминать свой опыт, лечить себя при повреждении и проявлять стадное поведение. Новые ксеноботы получили название Xenobots 2.0 – в отличие от Xenobots 1.0, для их создания использовались клетки и ткани, а не искусственные компоненты. Авторы взяли стволовые клетки из эмбрионов лягушки и позволили им самоорганизоваться в сфероиды. Некоторые из клеток дифференцировались с образованием ресничек — крошечных волосоподобных выступов, которые перемещаются назад и вперед или вращаются определенным образом. Исследователи разработали Xenobots 2.0 с возможностью памяти для записи одного бита информации, используя флуоресцентный репортерный белок под названием EosFP, который может записывать воздействие света определенной длины волны. Ксеноботы могут быть полезны, как для выполнения задач в окружающей среде, так и в биомедицине. Например, они могут убирать микропластик в океанах или поглощать и расщеплять химические вещества.

Рои роботов до сих пор строились из искусственных материалов. Подвижные биологические конструкции были созданы из мышечных клеток, выращенных на точно сформированных каркасах. Однако использование эмерджентной самоорганизации и функциональной пластичности в самоуправляемой живой машине остается серьезной проблемой. Мы сообщаем здесь о методе генерации биологических роботов in vitro из клеток лягушки (Xenopus laevis). Эти ксеноботы демонстрируют скоординированную локомоцию через реснички, присутствующие на их поверхности. Эти реснички возникают благодаря нормальному паттернированию тканей и не требуют сложных методов конструирования или редактирования генома, что делает производство пригодным для высокопроизводительных проектов. Биологические роботы возникают в результате клеточной самоорганизации и не требуют скаффолдов или микропечати; клетки амфибий очень легко поддаются хирургической, генетической, химической и оптической стимуляции в процессе самосборки. Мы показываем, что ксеноботы могут перемещаться по водной среде различными способами, исцеляться после повреждений и демонстрировать эмерджентное групповое поведение. Мы построили вычислительную модель для предсказания полезного коллективного поведения, которое может быть вызвано роем ксеноботов. Кроме того, мы предоставляем доказательство принципа для записываемой молекулярной памяти с помощью фотопреобразователя белка, который может записывать воздействие определенной длины волны света. Вместе эти результаты представляют собой платформу, которая может быть использована для изучения многих аспектов самосборки, поведения роя и синтетической биоинженерии, а также для создания универсальных живых машин с мягким телом для многочисленных практических применений в биомедицине и окружающей среде. Подвижные биологические конструкции были созданы из мышечных клеток, выращенных на точно сформированных каркасах. Однако использование эмерджентной самоорганизации и функциональной пластичности в самоуправляемой живой машине остается серьезной проблемой. Мы сообщаем здесь о методе генерации биологических роботов in vitro из клеток лягушки (Xenopus laevis). Эти ксеноботы демонстрируют скоординированную локомоцию через реснички, присутствующие на их поверхности. Эти реснички возникают благодаря нормальному паттернированию тканей и не требуют сложных методов конструирования или редактирования генома, что делает производство пригодным для высокопроизводительных проектов. Биологические роботы возникают в результате клеточной самоорганизации и не требуют скаффолдов или микропечати; клетки амфибий очень легко поддаются хирургической, генетической, химической и оптической стимуляции в процессе самосборки. Мы показываем, что ксеноботы могут перемещаться по водной среде различными способами, исцеляться после повреждений и демонстрировать эмерджентное групповое поведение. Мы построили вычислительную модель для предсказания полезного коллективного поведения, которое может быть вызвано роем ксеноботов. Кроме того, мы предоставляем доказательство принципа для записываемой молекулярной памяти с помощью фотопреобразователя белка, который может записывать воздействие определенной длины волны света. Вместе эти результаты представляют собой платформу, которая может быть использована для изучения многих аспектов самосборки, поведения роя и синтетической биоинженерии, а также для создания универсальных живых машин с мягким телом для многочисленных практических применений в биомедицине и окружающей среде.

Источник: robotics.sciencemag.org

Комментарии: