Содержание
Человекоподобные роботы появятся везде, кроме России — РБК
Разумные машины незаметно для человечества вошли в нашу жизнь: роботы уже сегодня выполняют тяжелую работу в условиях, исключающих присутствие человека — воюют, учат, осваивают космос, помогают лечить и спасать людей. Думается, в будущем они заменят Homo sapiens и в более «тонких» сферах таких, как кулинария или искусство. И пусть пока наши автоматизированные помощники не настолько разумны, как представители рода человеческого, однако уже сейчас можно говорить о том, что идеи писателей-фантастов XX века медленно, но верно воплощаются в жизнь.
Когда же ждать человечеству появления фантастических андроидов, готовящих ужин и встречающих гостей, и почему Россия не поспевает за ведущими мировыми державами в развитии умных машин?
От чертежей Леонардо да Винчи к японцу Asimo
С самого начала эпохи конструирования роботов изобретатели пытались сделать их похожими на людей. Первый чертеж механического рыцаря, созданный примерно в 1495г.
, принадлежит руке великого ученого Леонардо да Винчи. Много позднее попытки собрать человекоподобных роботов предпринимались инженерами-изобретателями в разных странах мира. Впрочем, подавляющее большинство из них носили характер мистификаций — пресса то и дело разоблачала очередного шарлатана, скрывшего в «разумном» псевдороботе человека или дрессированное животное.
adv.rbc.ru
Само слово «робот» вошло в широкий оборот после публикации в 1921г. пьесы чешского писателя Карела Чапека «Р. У. Р.» («Россумские универсальные роботы»). Позднее в книгах известного писателя-фантаста Айзека Азимова появились понятия «робототехника» и «андроид» (человекоподобный робот).
adv.rbc.ru
Толчком для развития роботизированных систем в мире стали бурная индустриализация и начало освоения космоса в XX веке. В 1913г. одна из первых роботизированных линий была установлена на предприятии Генри Форда в США. В 1930-е гг. были созданы различные устройства, копирующие движения человека и воспроизводящие простейшие фразы.
Первый такой робот был сконструирован американским инженером Д.Уэксли для Всемирной выставки в Нью-Йорке в 1927г. В 1950-е гг. для работы с радиоактивными материалами разработали механические манипуляторы, копирующие движения рук человека, а первыми серьезными роботами стали луноходы. В Советском Союзе «Луноход-1» был создан в 1966г. В ноябре 1970г. он стал первым аппаратом, покорившим Луну (как известно, 20 июля 1969г. на спутник Земли впервые ступил человек, американский астронавт Нил Армстронг). Во второй половине XX века ученые активно совершенствовали роботов, делая их все более функциональными, а появление компьютеров открыло небывалые возможности для разработки основ искусственного интеллекта.
В начале XXI века началась новая эра «умных» андроидов. Первый серьезный человекоподобный робот, SDR-3X был представлен японской компанией Sony в ноябре 2000г. В том же году публика познакомилась с куда более известным андроидом Asimo производства компании Honda, который стал воплощением передовых достижений науки и техники.
Один из последних образцов Asimo имеет рост 130 см, массу 48 кг, способен передвигаться со скоростью до 9 км/ч. В настоящее время это самый совершенный андроид. Asimo, например, может узнавать знакомые лица людей и обращаться к ним по имени. Всего было выпущено порядка 100 экземпляров этого робота, стоимостью 1 млн долл. каждый.
Андроид с человеческим лицом
Хотя большинство современных роботов совсем не походят на людей, особым вниманием публики пользуются, как ни странно, именно андроиды. Очевидно, что первые из них будут иметь отнюдь не европейское лицо. Передовой в этом плане является Япония, создавшая настоящий культ роботов. Здесь их конструированием занимаются и крупные корпорации, и народные умельцы, что поощряется правительством.
На эти цели по долгосрочной программе развития роботостроения в 2007-2016гг. Япония планирует направить около 260 млрд долл. Объем продаж продукции робототехнической промышленности к этому времени японцы намерены довести до в 6 трлн иен (73,8 млрд долл).
Андроидам отводится особая роль — в будущем они должны стать помощниками в ведении домашнего хозяйства. Предполагается, что к 2025г. в развитых странах домашние роботы станут такими же привычными, как компьютер или стиральная машина. Впрочем, некоторые российские специалисты в области робототехники считают, что андроиды так и останутся дорогими игрушками. «Робот – это узкофункциональная машина, которая должна выполнять определенные задачи, а не универсальный механизм. Поэтому вряд ли домашние андроиды когда-то получат такое же широкое распространение, как современная бытовая техника», — считает завкафедрой робототехнических систем МГТУ им.Баумана Аркадий Ющенко.
В Стране восходящего солнца ученые, похоже, придерживаются другой точки зрения. Они с энтузиазмом создают свои точные копии-роботы и даже учат их изображать эмоции. Разработками андроидов известен профессор Хироши Ишигуро. Его последняя работа, представленная в апреле 2012г. – девушка-андроид Geminoid F, которая может улыбаться, разговаривать и даже петь.
В 2005г. японские ученые предложили покупателям андроида Вакамару, который может не только наводить чистоту в доме, но способен также различать людей по лицам, напоминать о запланированных делах и предупреждать хозяев о попытках взлома их жилища. Правда, стоят такие помощники недешево: цена Вакамару начинается от 15 тыс. долл.
И если для среднестатистического покупателя ввиду дороговизны роботы-помощники пока предложение сомнительное, то для бизнеса замена человека машиной с интеллектом выгодна уже сегодня. Это доказывает сделка по покупке американской Amazon, работающей в сфере розничных продаж товаров через Интернет, крупнейшего производителя роботов для логистики — Kiva Systems Inc. Предполагается, что сделка, стоимость которой оценивается в 775 млн долл., будет завершена во втором квартале 2012г. Очевидно, что крупные компании делают ставку на использование роботов вместо того, чтобы держать штат грузчиков. Роботизированные складские системы Kiva используют сегодня компании Crate & Barrel, Gap Inc.
и Diapers.com.
Андроид SAR-400 — наш ответ NASA
Все настойчивее диктует применение роботов освоение космоса. Человекоподобный робот «Робонавт-2» (R-2) производства NASA и General Motors в тестовом режиме уже трудится на Международной космической станции. Андроид выглядит как полчеловека (ноги у него отсутствуют) и стоит около 2,5 млн долл.
В России созданием отечественного аналога «Робонавта» занимается научно-производственное объединение «Андроидная техника» по заказу Федерального космического агентства РФ (Роскосмоса). Российский андроид SAR-400, как и зарубежный, может использоваться для проведения технических и спасательных работ как на самой МКС, так и за ее пределами. Кроме того, он предназначен для «информационно-психологической поддержки экипажа станции». «Фактически это означает возможность общения с роботом для психологической разгрузки», — пояснили в пресс-службе НПО «Андроидная техника». Российский робот-космонавт весит 30 кг при росте 63 см и имеет размах рук-манипуляторов 1,65 м.
От зарубежного он отличается меньшими габаритами и массой, а также возможностью оператора ощущать объект манипулирования — эффект достигается за счет силомоментного отражения усилий. Последнее свойство — своеобразное ноу-хау российских ученых. Роботов, обладающих способностью передавать оператору тактильные ощущения, в мире единицы. SAR-400 работает в нескольких режимах: можно управлять им, надев специальный костюм, и с помощью видеокамер. Электронный помощник космонавтов также может выполнять поручения по заранее заданной программе. Когда российский робокосмонавт присоединится к своему зарубежному коллеге, пока не известно — сроки согласовываются с Роскосмосом. Стоимость работ по созданию SAR-400 в НПО «Андроидная техника» также озвучивать не стали, ссылаясь на то, что проект еще не завершен.
Машины-убийцы заменят солдат
Роботизированные системы сегодня широко используются и в военных целях. Судя по инвестициям в эту сферу и темпам ее развития, весьма вероятно, что «терминаторы» с искусственным интеллектом появятся гораздо раньше помощников по хозяйству на батарейках.
Боевые роботы чаще всего применяются в разведке и как автоматизированные системы огневой поддержки.
В создании военных машин лидируют США. Уже привычными стали операции с применением самолетов-беспилотников. В 2012г. Пентагон планирует закупить более тысячи «карманных» разведывательных роботов Recon Scout XT Throwbot на сумму около 14 млн долл. Кроме того, недавно стало известно о продолжении проекта по созданию беспилотного плавательного аппарата ACTUV, предназначенного для слежения за подводными лодками в открытом океане (в том числе субмаринами, несущими ядерное оружие). Об этом объявило Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA).
Хотя роботы еще не могут полноценно воевать вместо живых пехотинцев, уже в 2020г. американцы рассчитывают изменить ситуацию. Планы по замене солдат машинами содержатся в докладе о развитии военных роботов в США до 2032г., опубликованном Пентагоном еще в 2007г. Авторы документа отмечают, что за подобными системами большое будущее, а первые образцы автономной военной техники уже доказали свою эффективность в Афганистане и Ираке.
В качестве основных преимуществ роботов военные называют отсутствие необходимости пускать в бой живых людей, потенциальную дешевизну в случае массового производства и их повышенные боевые характеристики. Очевидно также, что вооружение для роботов будет многократно превосходить «человеческое» по мощности, скорострельности и точности.
Разработки боевых роботов активно ведутся и в других странах, в том числе в России. Новый российский танк на базе тяжелой платформы бронетехники «Армата» планируют оснастить цифровой пушкой с дистанционным управлением. Военные эксперты утверждают, что появление такой пушки приблизит Россию к созданию полностью автономных танков-роботов. Впрочем, военный бюджет США ни в какое сравнение не идет с бюджетами других стран. На нужды Пентагона в 2012г. будет потрачено 662 млрд долл., военный бюджет России в текущем году составит 59,1 млрд долл.
Аватар по-русски
Если на военной ниве Россия старается держать марку, памятуя о былом статусе сверхдержавы, то конструированием бытовых роботов в родном отечестве занимаются разве что изобретатели-энтузиасты.
Сегодня это направление представлено так называемыми роботами телеприсутствия. С помощью встроенных дисплея, камеры, микрофона и динамиков они позволяют оператору фактически лично присутствовать на любом мероприятии, не вставая из-за компьютера.
Технология напоминает видеоконференцию, однако робот дает свободу передвижения (пользователь с компьютера управляет перемещениями робота, который оборудован двумя ведущими колесами), а за счет его человекоподобных черт достигается эффект присутствия. Такие роботы российского производства напоминают бочкообразного дроида R2-D2 из «Звездных войн», только ростом они повыше (примерно 1,3 м) и выглядят более привлекательно. Крупные компании используют их при организации выставок и рекламных акций в качестве промоутеров и пиарщиков. Первые российские роботы телеприсутствия применяются и в других сферах: при проведении конференций и семинаров, обучении, наблюдении за больными в медучреждениях и др.
С десяток роботов телеприсутствия используются в московских школах, помогая детям учиться.
Например, девятиклассник Московского центра образования №166, которому проблемы с сердцем не позволяют посещать заведение, обучается удаленно с помощью такой машины. Отечественный робот-аватар гражданского применения отличается от зарубежных аналогов относительной дешевизной — 3 тыс. долл. За подобные модели Vgo или Anybots QB (производятся в США) придется выложить 6-15 тыс. долл.
Казалось бы, конкурентное преимущество налицо и есть все предпосылки для выхода на зарубежные рынки. Но, как выяснилось, компания, конструирующая таких роботов, чуть ли не единственная в России. «Сама сфера очень наукоемкая и затратная, требующая значительных денежных вложений, — объясняет причину Алексей Князев, директор компании R.bot, производящей роботов телеприсутствия. — У нас нет никаких налоговых льгот, то есть для сферы IT они есть, а для роботостроения почему-то нет. В госпрограмму нас не включили — видимо, посчитали, что в стране нет достаточного количества специалистов, чтобы развивать это направление». Специалисты есть, желание работать — тоже, дело лишь за серьезными инвестициями, да только их нет и не предвидится, отмечает А.Князев. Как выяснилось, похожая ситуация сложилась в нашей стране во всей отрасли в целом.
Семь бед российского роботостроения
Большинство промышленных роботизированных комплексов, роботы для медицины, узлы и элементы для специальных роботов Россия сегодня приобретает за рубежом за баснословные суммы. Уровень роботизации производства специалисты отрасли оценивают как крайне низкий, а отечественные предприятия, занимающиеся конструированием и производством роботов, можно в буквальном смысле пересчитать по пальцам одной руки. После развала Союза на его руинах российское роботостроение так и не сумело пойти в рост. Еще немного, и наверстать упущенное уже не удастся никогда, утверждают эксперты.
Первая и главная причина – крайне скудное государственное финансирование. Специальной госпрограммы поддержки развития роботостроения в России просто нет.
«За последние два созыва ничего подобного в этом плане на уровне законопроектов в Госдуму не вносилось и не принималось, во всяком случае, за последние пять лет точно», — сообщили РБК в пресс-службе комитета Государственной думы РФ по науке и наукоемким технологиям. Не смогли по этому поводу ничего рассказать ни в Минэкономразвития, ни в Минпромторге РФ.
Выручить отечественных роботостроителей могли бы частные инвесторы, однако российский бизнес не спешит вкладывать деньги в долгосрочные проекты. «У российских предпринимателей несколько иная психология, нежели на Западе. Любая экономическая выкладка показывает выгодность инвестиций в высокотехнологичные производства, но как только речь заходит о том, что вложения окупятся лет через 10, интерес к проектам сразу иссякает», — говорит советник директора ЦНИИ робототехники и технической кибернетики Александр Железняков.
Другими «болевыми точками» являются отсутствие элементной базы (детали и узлы приходится приобретать за границей) и кадровый голод.
«Молодые кадры сегодня составляют около 5%, но не все остаются в отрасли. Опытные профессионалы есть, но они же стареют. И когда уйдут, то этот вакуум, созданный демографической ямой 1990-х, заполнить будет некому», — добавляет А.Железняков.
«В России не только роботостроение, но и машиностроение в целом почему-то не является приоритетным направлением развития», — считает заведующий кафедрой компьютерных систем автоматизации производства МГТУ им.Баумана Сергей Гаврюшин. Он отмечает, что в качестве приоритетных государством определены направления IT, нанотехнологии, транспортные и космические системы, борьба с терроризмом, развитие вооружений, энергетика (речь идет об указе президента РФ «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РФ», подписанном Д.Медведевым 07.07.2011г. – прим. РБК). «Машиностроения среди них нет», — констатирует эксперт. На какой технологической базе будут развиваться все эти нанотехнологии, IT и военные разработки без машиностроения, остается только гадать.
По словам С.Гаврюшина, специалисты в отрасли все еще есть, но нет в России крупных проектов, где можно было бы этот научный потенциал реализовать.
В заключение надо сказать, что емкость мирового рынка робототехники уже сегодня можно смело оценивать в миллиарды долларов. Однако Россия в обозримом будущем вряд ли сможет претендовать на сколько-нибудь значимый кусок этого пирога. Поэтому осваивать космос у нас еще долго будут живые космонавты, а работать официантами, дворниками и грузчиками — приезжие из СНГ и Средней Азии.
Александр Волобуев, РБК
Человекоподобные роботы сегодня | PROMOBOT
Ученые мечтают о создании роботов-исследователей, спасателей, помощников. Но как далеки сегодняшние разработки от желаемого результата?
Первый человекоподобный робот был создан еще в 20-х годах прошлого столетия. Робот мог принимать через телефон сигналы, выполняя несложные задачи по дому. В некотором роде, он был составляющей “умного дома”. С тех пор роботы многому научились, в том числе копировать эмоции и поведение человека.
Robo-C. Робот-двойник с внешностью Альберта Эйнштейна
Человекоподобные роботы с каждым годом становятся все больше похожими на нас, схожесть порой удивляет. Потребность робота в коже, глазах и волосах обусловлена тем, что у людей появляется страх и паника по отношению к устройствам, которые ведут себя человекоподобным образом, но выглядят иначе. В ситуации, когда перед людьми реалистичный объект, мозг лучше его воспринимает.
Sophia от Hanson Robotics
София оснащена элементами искусственного интеллекта, но робот не способен рассуждать и мыслить, как человек. Известная фраза «уничтожить человечество» — всего лишь сгенерированный за счет облачного хранилища продукта. При помощи камер в глазах и компьютерных алгоритмов, робот может поддерживать зрительный контакт, следить за лицами и распознавать их. София умеет воспроизводить более 60 мимических реакций, также она оснащена технологией распознавания речи от Alphabet.
Робот-консультант Aiko Chihira
Голосовые помощники уже давно используются человеком.
Aiko Chihira работает по такому же принципу, только к ее функционалу добавили проявление эмоций и жестикуляцию. Первоначально робот мог разговаривать только на японском языке, теперь он знает несколько. У Aiko традиционная японская внешность. Набор мимики у робота меньше, но гораздо реалистичнее, нежели у робота Софии: робот двигает глазами, головой и руками, в ней задействованы 43 двигательных механизма. Робот способен распознавать голос и отвечать репликами на японском или английском языке.
Robo-C. Человекоподобный дроид
Robo-C
Robo-C — человекоподобный робот, который умеет общаться с людьми, выражать эмоции, подключаться к любым сервисам и приложениям. Лицо робота воспроизводит более 600 вариантов микромимики человека, двигая губами, глазами,бровями, шеей и мышцами лица.
К особенностям Robo-C относится: оцифровка личности, 10 языков в лингвобазе, 3 уровня силикона в искусственной коже, 100 000 речевых модулей в системе ИИ. Робот может быть консультантом, домашним компаньоном, консьержем.
Безусловно, результат, который достигла наука, никого не оставит равнодушным. Человекоподобные роботы в точности копируют людей, но пока только внешне. Благодаря искусственному интеллекту, мы легко воспринимаем голос роботов и даже можем поддерживать диалог, но роботы не обладают способностью размышлять и мыслить. Именно поэтому современным роботам предстоит пройти не один этап трансформаций, чтобы стать полноценным помощником для человека.
Xenobots: первые в мире живые роботы теперь могут размножаться, говорят ученые
Подпишитесь на информационный бюллетень CNN по теории чудес. Исследуйте вселенную, получая новости об удивительных открытиях, научных достижениях и многом другом .
Си-Эн-Эн
—
cms.cnn.com/_components/paragraph/instances/paragraph_F3176C17-0491-F47E-ABFC-6B440581D9AB@published» data-editable=»text» data-component-name=»paragraph»>Американские ученые, создавшие первых живых роботов, говорят, что формы жизни, известные как ксеноботы, теперь могут воспроизводиться, причем способом, невиданным у растений и животных.
Сформированные из стволовых клеток африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis), от которой она и получила свое название, ксеноботы имеют ширину менее миллиметра (0,04 дюйма). Крошечные капли были впервые обнаружены в 2020 году после того, как эксперименты показали, что они могут двигаться, работать вместе в группах и самоисцеляться.
Теперь ученые, разработавшие их в Университете Вермонта, Университете Тафтса и Институте биологической инженерии Висса Гарвардского университета, заявили, что обнаружили совершенно новую форму биологического воспроизводства, отличную от любого животного или растения, известного науке.
«Я был поражен этим», — сказал Майкл Левин, профессор биологии и директор Центра открытий Аллена в Университете Тафтса, который был одним из ведущих авторов нового исследования.
«У лягушек есть способ размножения, который они обычно используют, но когда вы… освобождаете (клетки) от остальной части эмбриона и даете им шанс понять, как быть в новой среде, они не только выясняют новый способ передвижения, но они также, по-видимому, придумали новый способ размножения».
Стволовые клетки — это неспециализированные клетки, которые способны развиваться в различные типы клеток. Чтобы создать ксеноботов, исследователи соскоблили живые стволовые клетки с эмбрионов лягушек и оставили их инкубироваться. Здесь нет никаких манипуляций с генами.
«Большинство людей думают, что роботы сделаны из металлов и керамики, но важно не столько то, из чего сделан робот, сколько то, что он делает, то есть действует сам по себе от имени людей», — сказал Джош Бонгард, профессор компьютерных наук. и эксперт по робототехнике в Университете Вермонта и ведущий автор исследования.
«В этом смысле это робот, но это также явно организм, сделанный из генетически немодифицированной клетки лягушки».
cms.cnn.com/_components/paragraph/instances/paragraph_F63F2239-1831-6835-ACA9-6C55BB49E996@published» data-editable=»text» data-component-name=»paragraph»>Бонгард сказал, что они обнаружили, что ксеноботы, которые изначально имели форму сферы и состояли примерно из 3000 клеток, могли воспроизводиться. Но это случалось редко и только при определенных обстоятельствах. По словам Бонгарда, ксеноботы использовали «кинетическую репликацию» — процесс, который, как известно, происходит на молекулярном уровне, но никогда ранее не наблюдался в масштабе целых клеток или организмов.
Затем с помощью искусственного интеллекта исследователи проверили миллиарды форм тела, чтобы сделать ксеноботов более эффективными в этом типе репликации. Суперкомпьютер придумал С-образную форму, напоминающую Pac-Man, видеоигру 1980-х годов.
Они обнаружили, что он может найти крошечные стволовые клетки в чашке Петри, собрать сотни из них во рту, и через несколько дней пучок клеток превратился в новых ксеноботов.
«ИИ не программировал эти машины так, как мы обычно думаем о написании кода. Он формировал и лепил и придумал форму Pac-Man», — сказал Бонгард.
«Форма — это, по сути, программа. Форма влияет на поведение ксеноботов, усиливая этот невероятно удивительный процесс».
Ксеноботы — это очень ранняя технология — вспомните компьютер 1940-х годов — и пока не нашли практического применения.
Однако, по мнению исследователей, эта комбинация молекулярной биологии и искусственного интеллекта потенциально может быть использована для решения множества задач в организме и окружающей среде. Это может включать в себя такие вещи, как сбор микропластика в океанах, осмотр корневых систем и регенеративная медицина.
Хотя перспектива самовоспроизводящихся биотехнологий может вызвать беспокойство, исследователи заявили, что живые машины полностью содержались в лаборатории и легко тушились, поскольку они биоразлагаемы и регулируются экспертами по этике.
Исследование частично финансировалось Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов, федеральным агентством, которое наблюдает за развитием технологий для использования в военных целях.
«Есть много вещей, которые возможны, если мы воспользуемся такой пластичностью и способностью клеток решать проблемы», — сказал Бонгард.
Исследование было опубликовано в рецензируемом научном журнале PNAS в понедельник.
Джесси Юнг из Гонконга внесла свой вклад в этот отчет
Команда создает первых живых роботов, которые могут размножаться
Ксеноботы, разработанные ИИ, раскрывают совершенно новую форму биологического самовоспроизведения, перспективную для регенеративной медицины
Джошуа Браун, University of Vermont Communications сохраняться, жизнь должна воспроизводиться.
За миллиарды лет организмы развили множество способов размножения, от почкующихся растений до половых животных и вторжения вирусов.
Созданные искусственным интеллектом (С-образные) организмы сталкивают свободные стволовые клетки (белые) в груды, когда они перемещаются в окружающей среде. Авторы и права: Дуглас Блэкистон и Сэм Кригман.
Теперь ученые из Университета Вермонта, Университета Тафтса и Института биологической инженерии Висса в Гарвардском университете открыли совершенно новую форму биологического воспроизводства и применили свое открытие для создания первого в мире , самовоспроизводящиеся живые роботы.
Та же команда, которая построила первых живых роботов («ксеноботов», собранных из клеток лягушек — отчет в 2020 г.), обнаружила, что эти созданные компьютером и собранные вручную организмы могут плавать в своей крошечной чашке, находить отдельные клетки, собирать сотни из них вместе и собирают «детей» ксеноботов внутри своего «рта» в форме Pac-Man, которые через несколько дней становятся новыми ксеноботами, которые выглядят и двигаются так же, как они сами.
И тогда эти новые ксеноботы могут выходить, находить клетки и создавать копии самих себя. Опять и опять.
«При правильном дизайне они будут спонтанно самовоспроизводиться», — говорит Джошуа Бонгард, доктор философии, ученый-компьютерщик и эксперт по робототехнике из Университета Вермонта, один из руководителей нового исследования.
Результаты нового исследования были опубликованы 29 ноября 2021 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
В неизвестность
По мере того, как «родители» ксеноботов в форме Пакмена перемещаются по окружающей среде, они собирают свободные стволовые клетки в своих «ртах», которые со временем объединяются для создания «потомков» ксеноботов, которые развиваются, чтобы выглядеть точно так же, как их создатели. Кредит: Дуг Блэкистон и Сэм Кригман
У лягушки Xenopus laevis эти эмбриональные клетки разовьются в кожу. «Они сидели бы снаружи головастика, защищая от патогенов и перераспределяя слизь», — говорит Майкл Левин, доктор философии, профессор биологии и директор Центра открытий Аллена в Университете Тафтса и один из руководителей нового исследования.
исследовательская работа. «Но мы помещаем их в новый контекст. Мы даем им шанс переосмыслить свою многоклеточность». Левин также является ассоциированным преподавателем Института Висса.
И то, что они представляют себе, совсем не похоже на кожу. «Люди довольно долго думали, что мы разработали все способы, которыми жизнь может воспроизвести или воспроизвести. Но это то, чего никогда раньше не наблюдалось», — говорит соавтор Дуглас Блэкистон, доктор философии, старший научный сотрудник Университета Тафтса и Института Висса, который собрал «родителей» ксеноботов и разработал биологическую часть нового исследования.
«Это глубоко», — говорит Левин. «Эти клетки имеют геном лягушки, но, освободившись от превращения в головастиков, они используют свой коллективный разум, пластичность, чтобы делать нечто поразительное». В более ранних экспериментах ученые были поражены тем, что ксеноботы могут быть созданы для выполнения простых задач. Теперь они ошеломлены тем, что эти биологические объекты — созданная компьютером коллекция клеток — могут спонтанно воспроизводиться.
«У нас есть полный, неизмененный геном лягушки, — говорит Левин, — но он не дает нам ни малейшего намека на то, что эти клетки могут работать вместе над этой новой задачей — собирать и затем сжимать отдельные клетки в работающие самокопии.
«Эти клетки лягушки реплицируются способом, который сильно отличается от того, как это делают лягушки. Ни одно известное науке животное или растение не размножается таким образом», — говорит Сэм Кригман, доктор философии, ведущий автор нового исследования, защитивший докторскую диссертацию. в лаборатории Бонгарда в UVM, а в настоящее время является постдокторантом в Центре Аллена Тафта и Институте биологически вдохновленной инженерии Висса Гарвардского университета.
Сам по себе родительский ксенобот, состоящий примерно из 3000 клеток, образует сферу. «Они могут делать детей, но после этого система обычно умирает. На самом деле очень сложно заставить систему продолжать воспроизводиться», — говорит Кригман. Но с помощью программы искусственного интеллекта, работающей на кластере суперкомпьютеров Deep Green в Вермонтском вычислительном ядре UVM, эволюционный алгоритм смог протестировать миллиарды форм тела в моделировании — треугольники, квадраты, пирамиды, морские звезды — чтобы найти те, которые позволяют клеткам быть более эффективным в «кинематической» репликации на основе движения, о которой сообщается в новом исследовании.
«Мы попросили суперкомпьютер в UVM выяснить, как отрегулировать форму первоначальных родителей, и после месяцев пыхтения ИИ придумал несколько странных проектов, в том числе тот, который напоминал Pac-Man», — говорит Кригман. «Это очень неинтуитивно. Это выглядит очень просто, но это не то, что придумал бы человек-инженер. Почему один крошечный рот? Почему не пять? Мы отправили результаты Дугу, и он построил этих родительских ксеноботов в форме Pac-Man. Затем эти родители построили детей, которые построили внуков, которые создали правнуков, которые создали праправнуков». Другими словами, правильный дизайн значительно продлил количество поколений.
Созданный искусственным интеллектом «родительский» организм (форма C; красный) рядом со стволовыми клетками, сжатыми в шар («потомство»; зеленый). Авторы и права: Дуглас Блэкистон и Сэм Кригман
Кинематическая репликация хорошо известна на уровне молекул, но ее никогда раньше не наблюдали на уровне целых клеток или организмов.
«Мы обнаружили, что внутри организмов или живых систем есть ранее неизвестное пространство, и это огромное пространство», — говорит Бонгард. «Как же нам тогда исследовать это пространство? Мы нашли ксеноботов, которые ходят. Мы нашли ксеноботов, которые плавают. И теперь, в этом исследовании, мы нашли ксеноботов, которые кинематически воспроизводятся. Что еще там?
Или, как пишут ученые в исследовании Proceedings of the National Academy of Science : «жизнь таит в себе удивительные явления прямо под поверхностью, ожидая, пока их обнаружат».
Реакция на риск
Некоторые люди могут найти это воодушевляющим. Другие могут с беспокойством или даже ужасом отреагировать на идею самовоспроизводящейся биотехнологии. Для команды ученых целью является более глубокое понимание.
«Мы работаем над тем, чтобы понять это свойство: репликация. Мир и технологии стремительно меняются. Для общества в целом важно, чтобы мы изучали и понимали, как это работает», — говорит Бонгард.
Эти живые машины размером с миллиметр, полностью содержащиеся в лаборатории, легко гасимые и проверенные федеральными, государственными и институциональными экспертами по этике, «не то, что не дает мне спать по ночам. Опасность представляет следующая пандемия; ускорение ущерба экосистемам от загрязнения; усиление угроз от изменения климата», — говорит Бонгард из UVM. «Это идеальная система для изучения самовоспроизводящихся систем. У нас есть моральный долг понять условия, при которых мы можем контролировать его, направлять, сливать, преувеличивать».
Бонгард указывает на эпидемию COVID и поиск вакцины. «Скорость, с которой мы можем создавать решения, имеет большое значение. Если мы сможем разработать технологии, учась у ксеноботов, где мы сможем быстро сказать ИИ: «Нам нужен биологический инструмент, который делает X и Y и подавляет Z», — это может быть очень полезным. Сегодня это занимает чрезвычайно много времени». Команда стремится ускорить процесс перехода людей от выявления проблемы к поиску решений — «например, развертывание живых машин для извлечения микропластика из водоемов или создания новых лекарств», — говорит Бонгард.