Der erste lebende Reproduktionsroboter der Welt ist geboren: KI war an der Entwicklung beteiligt und reproduziert seit 4 Generationen

Sie haben vielleicht schon von Fertigungsrobotern, Montagerobotern und 3D-Druckrobotern gehört, aber haben Sie schon von „Roboterzucht“ gehört?

Um nachhaltig zu überleben, muss sich das Leben vermehren. Im Laufe von Milliarden von Jahren haben Organismen auf der Erde eine Vielzahl von Fortpflanzungsmethoden entwickelt und heute sind auch Roboter in der Lage, sich selbst zu replizieren und Nachkommen zu zeugen.

Kürzlich haben Forschungsteams der University of Vermont, der Tufts University und der Harvard University in den USA den ersten sich selbst reproduzierenden lebenden Roboter der Geschichte entwickelt. Sie sehen aus wie das Videospiel „Pac-Man“ aus den 1980er Jahren und können andere Zellen „fressen“, während sie sich replizieren!

Die zugehörige Forschungsarbeit mit dem Titel „Kinematische Selbstreplikation in rekonfigurierbaren Organismen“ wurde in der wissenschaftlichen Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

Laut dem Artikel wird erwartet, dass diese kreative Entdeckung in Zukunft direktere und personalisiertere medikamentöse Behandlungen für Traumata, angeborene Defekte, Krebs, Alterung usw. ermöglichen wird.

Der erste lebende Roboter der Welt

Wie sollte Ihrer Meinung nach ein Roboter aussehen?

Ist das so?

So was?

Immer noch so?

Aber tatsächlich können auch Roboter so sein.

Dies ist der weltweit erste lebende Roboter „Xenobot“.

Man kann sagen, dass es die Vorstellung, die die Menschen von Robotern haben, völlig zerstört. Xenobots bestehen nicht aus Metall oder einem anderen weichen „unbelebten“ Material, sondern sind lebende Roboter, die aus biologischen Zellen gewonnen und von Computern entwickelt wurden.

Also, wie ist es entstanden?

Seit den Anfängen der Landwirtschaft versucht der Mensch, andere Organismen zu seinem eigenen Vorteil zu verstehen. Und jetzt, da die Genomeditierung immer häufiger wird, versuchen Wissenschaftler, künstliche Organismen zu erschaffen, die die physische Form bekannter Tiere nachbilden.

In dieser Studie fragte sich das Team: Können wir mithilfe von Computertechnologie auf Roboterbasis einen von Anfang bis Ende völlig neuen Organismus erschaffen?

Daher wählte das Forschungsteam als Ausgangsorganismus einen Zellhaufen aus Kardiomyozyten und Hautzellen, die aus embryonalen Stammzellen des Afrikanischen Krallenfrosches (Xenopus laevis) differenziert wurden. Dabei liefern die Kardiomyozyten die Energie für die Bewegung des Zellhaufens, während die Hautzellen für die strukturelle Unterstützung sorgen.

Sie verbrachten Monate damit, mithilfe evolutionärer Algorithmen das beste Design für die neuen Lebensformen auf dem Supercomputercluster Deep Green im Vermont Advanced Computing Core der University of Vermont zu finden und ihnen die Fähigkeit zu verleihen, bestimmte Aufgaben zu erfüllen, wie etwa sich in eine Richtung zu bewegen und Objekte zu tragen.

Abbildung | Computer nutzen eine Kombination aus zwei Zelltypen, um einen neuen lebenden Roboter „Xenobot“ zu erschaffen (Quelle: Dieses Dokument)

Die Forscher sagten jedoch auch, dass sich dieser „neue lebende, programmierbare Organismus“ noch in einem frühen Stadium befinde. Ein wichtiges Problem besteht darin, dass Zellcluster sich nicht selbst replizieren können. Sobald ihre eigene Energie erschöpft ist, „sterben“ sie und werden degradiert.

Reproduktion? Kein Problem für Pac-Man!

Nahezu alle Lebewesen vermehren sich, indem sie wachsen und Nachkommen zeugen.

Die Replikation hat sich zu vielen verschiedenen Formen entwickelt: Spaltung, Sporenbildung, ungeschlechtliche Fortpflanzung, sexuelle Fortpflanzung, Hermaphroditismus und virale Fortpflanzung, aber diese verschiedenen Prozesse haben eines gemeinsam: Sie finden alle innerhalb eines Organismus statt.

Doch die beste Art der Vermehrung von Xenobots besteht nach Ansicht der Wissenschaftler darin, kontinuierlich neue Zellen außerhalb des Körpers zu „fressen“.

Im Experiment platzierten die Forscher Xenobots mit 3.000 Zellen in einer Kulturschale. Die Flimmerhärchen auf der Oberfläche dieser Zellhaufen wirkten dann wie Bakteriengeißeln und ließen die Zellen spiralförmig in die vorgesehene Richtung schwimmen.

Erstaunlicherweise schieben sie dabei die überall verteilten Stammzellen zusammen und sammeln sie. Die angesammelten Zellen vermehren sich weiter und können innerhalb von nur 5 Tagen einen neuen Zellhaufen bilden, der kleiner und kugelförmiger ist als die erste Generation – den Xenobot der zweiten Generation.

Eine solche Fortpflanzung kann jedoch nur 1–2 Generationen lang andauern.

Wie können wir also die Anzahl der Generationen erhöhen?

Die Forscher dachten an künstliche Intelligenz. Mithilfe eines auf dem Supercomputercluster Deep Green laufenden Programms für künstliche Intelligenz testeten evolutionäre Algorithmen Milliarden von Zellmorphologien in Simulationen. Doch am Ende hat sich die KI „den Kopf zerbrochen“ und ein optimales Design ähnlich wie Pac-Man entwickelt.

Nachdem die Forscher einen neuen Mutter-Xenobot auf Grundlage dieser Form konstruiert hatten, führten sie ein weiteres Experiment durch und stellten fest, dass sich diese Roboter ständig bewegten und in ihren C-förmigen „Mündern“ ständig neue „Nachkommen“ repliziert wurden.

Am Ende waren sie in der Lage, bis zu vier Generationen lang zu reproduzieren, und der Durchmesser ihrer „Nachkommen“ war etwa 50 % größer als der der kugelförmigen Nachkommen des Xenobots!

Das heißt, der KI-Algorithmus hat schließlich das richtige Design gefunden, wodurch die Anzahl der Reproduktions- und Replikationsgenerationen erheblich erweitert wurde. Joshua Bongard, Informatiker und Robotiker an der University of Vermont und Co-Leiter der Studie, sagte: „Mit dem richtigen Design ist Xenobot 3.0 durchaus in der Lage, sich spontan selbst zu replizieren.“

Der weltweit erste Fall, Freude oder Leid?

„Es ist erstaunlich“, sagte Michael Levin, Professor für Biologie und ein weiterer Leiter des Teams. „Diese Zellen besitzen das Genom eines Frosches, doch anstatt sich in Kaulquappen zu verwandeln, verfügen sie über eine außergewöhnliche Plastizität, die sie auf eine Weise reproduzieren lässt, die bei keinem der Wissenschaft bekannten Tier oder keiner Pflanze vorkommt.“

Manche Menschen sind jedoch besorgt oder haben sogar Angst vor der sich selbst replizierenden Biotechnologie, als ob die KI plötzlich ein Selbstbewusstsein entwickelt hätte.

Das Team weist jedoch darauf hin, dass diese millimetergroßen lebenden Roboter unter Laborbedingungen gesteuert werden und leicht zerstört werden können.

Trotz aller Bedenken und Risiken können wir die wichtigen Ergebnisse dieser Forschung jedoch nicht völlig ignorieren. Es kann in der regenerativen Medizin angewendet werden. Der neue lebende Roboter könnte sich als neuer Träger für die intelligente Verabreichung von Medikamenten oder für interne und externe Operationen eignen und bessere Lösungen für die Behandlung von Krankheiten wie Traumata, angeborenen Defekten, Krebs und Alterung bieten und sogar bei der Entwicklung neuer Coronavirus-Impfstoffe helfen.

Darüber hinaus wurde durch diese Forschung auch das inhärente Verständnis der Menschen von der Fortpflanzung des Lebens aufgebrochen und die Menschen konnten zum ersten Mal eine neue Art der Fortpflanzung beobachten. Wie die Forscher in ihrem Artikel schreiben:

„Unter der Oberfläche verbergen sich so viele überraschende Verhaltensweisen des Lebens, die darauf warten, entdeckt zu werden.“

Quellen:

https://techxplore.com/news/2021-11-xenobots-team-robots.html

https://www.pnas.org/content/118/49/e2112672118

https://techxplore.com/news/2020-01-team-robots.html

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1910837117