Wat gebeurt er als je cellen van kikkerembryo's neemt en ze laat groeien tot nieuwe organismen die door algoritmen zijn "geëvolueerd"? Je krijgt iets dat onderzoekers 's werelds eerste' levende machine 'noemen.
Hoewel de oorspronkelijke stamcellen afkomstig waren van kikkers - de Afrikaanse klauwkikker, Xenopus laevis - deze zogenaamde xenobots lijken niet op bekende amfibieën. De kleine klodders zijn slechts 0,04 inch (1 millimeter) breed en zijn gemaakt van levend weefsel dat biologen hebben geassembleerd in lichamen die zijn ontworpen door computermodellen, volgens een nieuwe studie.
Deze mobiele organismen kunnen onafhankelijk en collectief bewegen, kunnen zelfwonden genezen en weken achtereen overleven en kunnen mogelijk worden gebruikt om medicijnen in het lichaam van een patiënt te vervoeren, meldden wetenschappers onlangs.
'Ze zijn geen traditionele robot en ook geen bekende diersoort', zegt co-auteur Joshua Bongard, informaticus en robotica-expert aan de Universiteit van Vermont, in een verklaring. 'Het is een nieuwe klasse artefacten: een levend, programmeerbaar organisme.'
Algoritmen vormden de evolutie van de xenobots. Ze groeiden van huid- en hartstamcellen tot weefselklonten van honderden cellen die in pulsen werden voortgebracht die werden gegenereerd door hartspierweefsel, zei hoofdonderzoeksauteur Sam Kriegman, een promovendus die evolutionaire robotica studeerde aan de afdeling Computer Science van de Universiteit van Vermont in Burlington .
"Er is geen externe bediening via een afstandsbediening of bio-elektriciteit. Dit is een autonome agent - het is bijna een opwindspeeltje", vertelde Kriegman aan WordsSideKick.com.
Biologen voedden een computerbeperking voor de autonome xenobots, zoals de maximale spierkracht van hun weefsels en hoe ze zich door een waterige omgeving zouden kunnen bewegen. Vervolgens produceerde het algoritme generaties van de kleine organismen. De best presterende bots "reproduceren" binnen het algoritme. En net zoals evolutie werkt in de natuurlijke wereld, zouden de minst succesvolle vormen door het computerprogramma worden verwijderd.
"Uiteindelijk kon het ons ontwerpen opleveren die eigenlijk overdraagbaar waren naar echte cellen. Dat was een doorbraak", aldus Kriegman.
De auteurs van de studie brachten deze ontwerpen vervolgens tot leven en brachten stamcellen samen om zelfaangedreven 3D-vormen te vormen die waren ontworpen door het evolutiealgoritme. Huidcellen hielden de xenobots bij elkaar en het kloppen van hartweefsel in specifieke delen van hun 'lichaam' stuwde de 'bots dagenlang en zelfs weken achter elkaar door water in een petrischaal, zonder extra voedingsstoffen nodig te hebben, aldus de studie . De 'bots waren zelfs in staat om aanzienlijke schade te herstellen,' zei Kriegman.
"We sneden de levende robot bijna doormidden en de cellen ritsten automatisch zijn lichaam terug," zei hij.
"We kunnen ons vele nuttige toepassingen van deze levende robots voorstellen die andere machines niet kunnen doen", zegt co-auteur Michael Levin, directeur van het Center for Regenerative and Developmental Biology aan de Tufts University in Massachusetts. Deze kunnen bestaan uit het aanpakken van giftige lozingen of radioactieve besmetting, het verzamelen van mariene microplastics of zelfs het opgraven van plaque uit menselijke bloedvaten, zei Levin in een verklaring.
Creaties die de grens tussen robots en levende organismen vervagen, zijn populaire onderwerpen in science fiction; denk aan de dodelijke machines in de "Terminator" -films of de replicanten uit de wereld van "Blade Runner". Het vooruitzicht van zogenaamde levende robots - en het gebruik van technologie om levende organismen te creëren - baart begrijpelijkerwijs voor sommigen zorgen, zei Levin.
'Die angst is niet onredelijk', zei Levin. 'Als we beginnen te rommelen met complexe systemen die we niet begrijpen, krijgen we onbedoelde gevolgen.'
Niettemin zou het voortbouwen op eenvoudige organische vormen zoals de xenobots ook tot nuttige ontdekkingen kunnen leiden, voegde hij eraan toe.
'Als de mensheid in de toekomst zal overleven, moeten we beter begrijpen hoe complexe eigenschappen op de een of andere manier voortkomen uit eenvoudige regels', zei Levin.
De bevindingen werden op 13 januari online gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences.
