Die weltweit erste "lebende Maschine", die mit Froschzellen und künstlicher Intelligenz geschaffen wurde

Was passiert, wenn man Zellen aus Froschembryonen nimmt und sie zu neuen Organismen züchtet, die durch Algorithmen “entwickelt” wurden? Sie erhalten etwas, das Forscher die weltweit erste “lebende Maschine” nennen.”

Obwohl die ursprünglichen Stammzellen von Fröschen stammten — dem afrikanischen Krallenfrosch Xenopus laevis — ähneln diese sogenannten Xenobots keiner bekannten Amphibie. Die winzigen Blobs messen nur 0.04 Zoll (1 Millimeter) breit und bestehen aus lebendem Gewebe, das Biologen nach einer neuen Studie zu Körpern zusammengesetzt haben, die von Computermodellen entworfen wurden.

Diese beweglichen Organismen können sich unabhängig und kollektiv bewegen, Wunden selbst heilen und wochenlang überleben und könnten möglicherweise zum Transport von Medikamenten im Körper eines Patienten verwendet werden, berichteten Wissenschaftler kürzlich.

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“Sie sind weder ein traditioneller Roboter noch eine bekannte Tierart”, sagte Co-Autor Joshua Bongard, Informatiker und Robotikexperte an der Universität von Vermont, in einer Erklärung. “Es ist eine neue Klasse von Artefakten: ein lebender, programmierbarer Organismus.”

Algorithmen prägten die Evolution der Xenobots. Sie wuchsen aus Haut- und Herzstammzellen zu Gewebeklumpen von mehreren hundert Zellen, die sich in Pulsen bewegten, die von Herzmuskelgewebe erzeugt wurden, sagte der leitende Studienautor Sam Kriegman, ein Doktorand, der evolutionäre Robotik an der Fakultät für Informatik der Universität von Vermont in Burlington studiert.

“Es gibt keine externe Steuerung von einer Fernbedienung oder Bioelektrizität. Dies ist ein autonomer Agent – es ist fast wie ein Aufziehspielzeug “, sagte Kriegman gegenüber Live Science.

Biologen fütterten die autonomen Xenobots mit einem Computermodell, das beispielsweise die maximale Muskelkraft ihres Gewebes und die Art und Weise, wie sie sich durch eine wässrige Umgebung bewegen könnten, untersuchte. Dann produzierte der Algorithmus Generationen der winzigen Organismen. Die leistungsstärksten Bots würden sich innerhalb des Algorithmus “reproduzieren”. Und so wie die Evolution in der natürlichen Welt funktioniert, würden die am wenigsten erfolgreichen Formen vom Computerprogramm gelöscht.

“Schließlich war es in der Lage, uns Designs zu geben, die tatsächlich auf echte Zellen übertragbar waren. Das war ein Durchbruch”, sagte Kriegman.

Die Autoren der Studie erweckten diese Designs dann zum Leben und setzten Stammzellen zusammen, um selbstversorgende 3D-Formen zu bilden, die vom Evolutionsalgorithmus entworfen wurden. Hautzellen hielten die Xenobots zusammen, und das Schlagen von Herzgewebe in bestimmten Teilen ihres “Körpers” trieb die Bots tagelang und sogar wochenlang durch Wasser in einer Petrischale, ohne zusätzliche Nährstoffe zu benötigen, so die Studie. Die Bots waren sogar in der Lage erhebliche Schäden zu reparieren, sagte Kriegman.

“Wir haben den lebenden Roboter fast halbiert und seine Zellen haben seinen Körper automatisch wieder nach oben gezogen”, sagte er.

“Wir können uns viele nützliche Anwendungen dieser lebenden Roboter vorstellen, die andere Maschinen nicht können”, sagte Studienkoautor Michael Levin, Direktor des Zentrums für regenerative und Entwicklungsbiologie an der Tufts University in Massachusetts. Dazu könnten giftige Verschüttungen oder radioaktive Kontaminationen gehören, das Sammeln von Mikroplastik aus dem Meer oder sogar das Ausgraben von Plaque aus menschlichen Arterien, sagte Levin in einer Erklärung.

Kreationen, die die Grenze zwischen Robotern und lebenden Organismen verwischen, sind beliebte Themen in der Science Fiction; Denken Sie an die Killermaschinen in den “Terminator” -Filmen oder die Replikanten aus der Welt von “Blade Runner.” Die Aussicht auf sogenannte lebende Roboter – und die Verwendung von Technologie zur Schaffung lebender Organismen — wirft verständlicherweise Bedenken für einige auf”, sagte Levin.

“Diese Furcht ist nicht unvernünftig”, sagte Ljewin. “Wenn wir anfangen, mit komplexen Systemen herumzuspielen, die wir nicht verstehen, werden wir unbeabsichtigte Konsequenzen haben.”

Dennoch könnte der Aufbau auf einfachen organischen Formen wie den Xenobots auch zu nützlichen Entdeckungen führen, fügte er hinzu.

“Wenn die Menschheit in der Zukunft überleben will, müssen wir besser verstehen, wie komplexe Eigenschaften irgendwie aus einfachen Regeln entstehen”, sagte Levin.

Die Ergebnisse wurden online veröffentlicht Jan. 13 in der Zeitschrift Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.