US-Wissenschaftler entwickeln lebende Roboter, die sich fortpflanzen können
In einem verblüffenden neuen Durchbruch, der direkt aus einem Science-Fiction-Film zu stammen scheint, haben Wissenschaftler die ersten lebenden Roboter geschaffen, die sich selbst replizieren können. Das Team aus Biologen und Informatikern der Tufts University, der University of Vermont und der Harvard University hat seine Forschungsergebnisse zu lebenden Robotern in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. „Ich war verblüfft“, sagte Michael Levin, Professor für Biologie und Direktor des Allen Discovery Center an der Tufts University, der die Studie mitverfasst hat, berichtet CNN.
Erlebnisse werden von lebenden Robotern durch Farbveränderungen aufgezeichnet. (Doug Blackiston / Tufts Now)
Lebende Roboter: „Eine völlig neue Lebensform“
Lebende Roboter sind als Xenobots bekannt: winzige Lebensformen, die weniger als einen Millimeter groß sind und aus den Stammzellen afrikanischer Krallenfrösche (Xenopus laevis) entstanden sind, von denen sie auch ihren Namen haben. Die Hybriden aus Maschine und Tier, von denen ihre Schöpfer sagen, sie seien „eine völlig neue Lebensform“, wie inews berichtet, wurden von den Wissenschaftlern erstmals im Jahr 2020 angekündigt, nachdem Experimente gezeigt hatten, dass Xenobots sich bewegen, in Gruppen zusammenarbeiten und sich selbst heilen können. Die lebenden Roboter der dritten Generation (Xenobots 3.0) können sich mit haarähnlichen Beinen, den Zilien, selbst fortbewegen, Erinnerungen speichern und sich replizieren.
„Wir haben Xenobots gefunden, die laufen. Wir haben Xenobots gefunden, die schwimmen. Und jetzt, in dieser Studie, haben wir Xenobots gefunden, die sich kinematisch replizieren. Wir haben entdeckt, dass es diesen bisher unbekannten Raum innerhalb von Organismen oder lebenden Systemen gibt, und es ist ein riesiger Raum“, sagte der Hauptautor Joshua Bongard laut Mail Online.
KI-Methoden entwerfen automatisch verschiedene Kandidaten für lebende Roboter in Simulationen (obere Reihe), um eine gewünschte Funktion auszuführen. Anschließend werden mithilfe eines zellbasierten Konstruktionsbaukastens übertragbare Designs erstellt, um lebende Systeme (untere Reihe) mit den vorhergesagten Verhaltensweisen zu schaffen. (Kriegman, S., Blackiston, D., Levin, M., Bongard, J. / CC BY 4.0)
Wie wurden die lebenden Roboter erschaffen?
Um die Xenobots herzustellen, entnahmen die Wissenschaftler Froschembryonen Stammzellen, also unspezialisierte Zellen, die sich zu verschiedenen Zelltypen entwickeln können, und ließen sie inkubieren. Es wurde keine Genveränderung vorgenommen.
„Die meisten Menschen denken bei Robotern an Metalle und Keramik, aber es geht nicht so sehr darum, woraus ein Roboter besteht, sondern darum, was er tut, nämlich eigenständig im Auftrag von Menschen zu handeln. In dieser Hinsicht ist es ein Roboter, aber es ist auch eindeutig ein Organismus, der aus genetisch unveränderten Froschzellen besteht“, sagte Bongard gegenüber CNN.
Die ursprünglichen Xenobots waren kugelförmig und bestanden aus etwa 3000 Zellen, die von einem Mikrochirurgen unter dem Mikroskop mit einer winzigen Pinzette und einer winzigen Elektrode geschnitten und zusammengefügt wurden. Die Form wurde von einer Software für künstliche Intelligenz (KI) vorgegeben. Diese lebenden Roboter konnten sich fortpflanzen, allerdings nur selten und nur unter bestimmten Umständen.
Die Forscher testeten dann Milliarden von Körperformen, wiederum mithilfe von KI, um die Xenobots bei der Selbstreplikation effektiver zu machen. Der Computer fand schließlich eine C-Form, die an Pac-Man aus dem Videospiel der 1980er Jahre erinnerte.
Einzelne lebende Roboter waren in der Lage, winzige Stammzellen in einer Petrischale zu finden, Hunderte von ihnen in ihrem Mund zu sammeln, sie zusammenzusetzen und zu komprimieren und sie dann aus ihrem Pac-Man-förmigen Mund freizusetzen. Diese „Babys“ werden zu neuen Xenobots, die genauso aussehen und sich genauso bewegen wie ihre Eltern. Der Prozess setzt sich dann fort, wenn sich die Baby-Xenobots selbst fortpflanzen.
In einem Xenopus laevis-Frosch hätten sich diese Zellen normalerweise zu einer Haut entwickelt, aber indem die Wissenschaftler sie in einen neuen Kontext stellen, haben sie ihnen die Möglichkeit gegeben, sich selbst neu zu erfinden.
„Diese Zellen haben das Genom eines Frosches, aber befreit davon, Kaulquappen zu werden, nutzen sie ihre kollektive Intelligenz, eine Plastizität, um etwas Erstaunliches zu tun“, sagte Levine der Mail Online.
Gruppen von lebenden Robotern können Partikel in ihrer Umgebung bewegen. (YouTube-Screenshot / Tufts University)
Xenobots: Anwendungen vom Gesundheitswesen bis zur Umwelt
Die Wissenschaftler sind der Meinung, dass diese Kombination aus Molekularbiologie und künstlicher Intelligenz in vielen Bereichen eingesetzt werden kann, von der Umweltsäuberung über die Verabreichung von maßgeschneiderten Medikamenten bis hin zur Erkennung von Krebszellen, allerdings unter dem Vorbehalt, dass es sich hierbei noch um eine sehr frühe Entwicklung handelt. Den Forschern der Studie zufolge könnten lebende Roboter so programmiert werden, dass sie sich durch die Arterien bewegen und Plaque entfernen oder durch die Ozeane wandern und Mikroplastik oder giftige Chemikalien beseitigen. Sie könnten auch eingesetzt werden, um Wunden zu heilen, arthritische Gelenke zu reinigen und Gewebematerial für Organtransplantationen zu erzeugen.
Im Hinblick auf ethische Bedenken, die gegen selbstreplizierende Maschinen vorgebracht werden könnten, erklärte das Team, dass Xenobots vollständig im Labor untergebracht und leicht zu löschen sind und dass sie von Ethikexperten des Bundes, der Länder und der Institutionen reguliert werden. „Dies ist ein ideales System, um selbstreplizierende Systeme zu untersuchen. Wir haben den moralischen Imperativ, die Bedingungen zu verstehen, unter denen wir sie kontrollieren, lenken, auslöschen und übertreiben können. Für die Gesellschaft als Ganzes ist es wichtig, dass wir untersuchen und verstehen, wie das funktioniert“, sagte Bongard der Mail Online.
Ob diese faszinierende neue Lebensform in der Lage sein wird, einige oder alle wichtigen Funktionen zu erfüllen, die ihre Schöpfer sich vorstellen, bleibt abzuwarten. Zweifellos handelt es sich aber um einen sehr bedeutenden wissenschaftlichen Durchbruch.
Bild oben: Die lebenden Roboter, die von Wissenschaftlern in einem Labor mit Hilfe von Computer-KI geschaffen wurden, können in Flüssigkeiten schwimmen, indem sie mit kleinen Härchen auf ihrer Oberfläche wedeln. Quelle: Universität Tufts
YouTube Screenshot / Tufts University
Von Sahir Pandey
Verweise
Bawden, T. 2021. Wissenschaftler erschaffen weltweit die ersten reproduzierenden Roboter, während die Schöpfer „völlig neue Lebensform“ feiern. Verfügbar unter: https://inews.co.uk/news/scientists-create-worlds-first-reproductive-robots-1325805
Chadwick, J. 2021. Die ersten 'lebenden Roboter', die REPRODUZIEREN können: Mikroskopische Organismen aus Froschzellen bauen in ihren Pac Man-förmigen Mündern „Babys“ zusammen - in Durchbrüchen, die eines Tages genutzt werden könnten, um Krebszellen zu zerstören. Verfügbar unter: https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-10254773/Scientists-build-living-robots-reproduce.html
Hunt, K. 2021. Die ersten lebenden Roboter der Welt können sich nun fortpflanzen, sagen Wissenschaftler. Verfügbar unter: https://edition.cnn.com/2021/11/29/americas/xenobots-self-replicating-robots-scn/index.html
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