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| ゼノボット | |
|---|---|
 シミュレーションで発見されたゼノボットの設計（左）と、カエルの皮膚（緑）と心臓の筋肉（赤）から作られた展開された生物（右） | |
| 業界 | ロボット工学、合成生物学 |
| 応用 | 医学、環境修復 |
| 寸法 | マイクロスケール |
| 燃料源 | 栄養素 |
| 自走式 | はい |
| コンポーネント | カエル細胞 |
| 発明家 | サム・クリーグマン、ダグラス・ブラッキストン、マイケル・レヴィン、ジョシュ・ボンガード |
| 発明された | 2020 |
ゼノボットは、アフリカツメガエル（Xenopus laevis）にちなんで名付けられ、[1]コンピュータによって設計され、さまざまな生物学的組織を組み合わせて構築され、何らかの目的の機能を実行する合成生命体です。[1] [2] [3] [4] [5] [6]ゼノボットがロボットなのか、生物なのか、それともまったく別の何かなのかについては、科学者の間で議論があります。
既存のゼノボット
最初のゼノボットは、サム・クリーグマンが開発したAIプログラムによって生成された設計図に基づいて、ダグラス・ブラッキストンによって構築されました。 [3]
これまでに作られたゼノボットは幅が1ミリメートル（0.04インチ）未満で、 皮膚細胞と心筋細胞の2つだけで構成されています。どちらも初期（胞胚段階）のカエルの胚から採取した幹細胞に由来しています。[7] 皮膚細胞は堅固なサポートを提供し、心臓細胞は小さなモーターとして機能し、体積が収縮および膨張してゼノボットを前進させます。ゼノボットの体の形と皮膚細胞と心臓細胞の分布は、試行錯誤のプロセス（進化アルゴリズム）を使用して、特定のタスクを実行するようにシミュレーションで自動的に設計されます。ゼノボットは、歩く、泳ぐ、ペレットを押す、ペイロードを運ぶ、そして群れになって協力して皿の表面に散らばった破片をきちんとした山に集めるように設計されている。彼らは何週間も食べ物なしで生きることができ、裂傷を治すことができます。[2]
他の種類のモーターやセンサーもゼノボットに組み込まれている。ゼノボットは心筋の代わりに繊毛を成長させ、それを泳ぐための小さなオールとして使うことができる。 [8] しかし、繊毛駆動のゼノボットの移動は、現時点では心臓駆動のゼノボットの移動よりも制御が難しい。[9] RNA分子をゼノボットに導入して分子記憶を持たせることもできる。行動中に特定の種類の光にさらされると、蛍光顕微鏡 で見ると事前に指定された色に光る。[9]
ゼノボットは自己複製もできる。ゼノボットは環境内の遊離細胞を集め、同じ能力を持つ新しいゼノボットに形成することができる。[10] [11] [12]
潜在的な用途
現在、ゼノボットは主に、形態形成中に細胞がどのように協力して複雑な体を構築するかを理解するための科学的ツールとして使用されています。[1]しかし、現在のゼノボットの挙動と生体適合性は、将来的にいくつかの潜在的な用途に使用できることを示唆しています。
ゼノボットはカエルの細胞のみで構成されているため、生分解性があり環境に優しいロボットです。従来の技術とは異なり、ゼノボットはライフサイクル中に汚染物質を生成したり、外部からのエネルギー入力を必要としません。ゼノボットは組織に自然に蓄えられた脂肪とタンパク質からのエネルギーを使用して移動しますが、これは約1週間持続し、その時点で死んだ皮膚細胞に変わります。[2]さらに、ゼノボットの群れは協力して皿の中の微小なペレットを中央の山に押し込む傾向があるため、[2]将来のゼノボットは海洋を汚染するマイクロプラスチックの小さな破片を見つけて集め、従来のボートやドローンが集めてリサイクルセンターに運ぶことができる大きなプラスチックボールにすることができるのではないかと推測されています。
標的薬物送達などの将来の臨床応用では、ゼノボットは患者の自身の細胞から作られる可能性があり、これにより、他の種類のマイクロロボット送達システムに固有の免疫応答の課題が実質的に排除される。このようなゼノボットは、動脈からプラークを削り取るために使用できる可能性があり、追加の細胞タイプとバイオエンジニアリングを使用して、病気の位置を特定して治療できる可能性がある。
ギャラリー
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受動的なボクセル (シアン) と収縮的なボクセル (赤) で構成された、歩行生物のコンピューター設計による設計図 100 枚。 -
AI 手法により、シミュレーションでさまざまな候補生命体を自動的に設計し (上段)、望ましい機能を実行します。その後、細胞ベースの構築ツールキットを使用して転送可能な設計を作成し、予測された動作を備えた生体システム (下段) を実現します。 -
背の高い四足歩行のゼノボット -
製造された生物は、心臓の筋肉（現在は赤く光っています）で層状になっています。AI は、生物の形状と筋肉の位置を最適化して、前進運動を生み出しました。 -
筋肉質の後肢 2 本を持つ人工生物は、計算設計アルゴリズムによって発見された受動組織 (表皮、緑) と収縮組織 (心臓、赤) の最も堅牢でエネルギー効率の高い構成でした。
参照
参考文献
- ^ abc 「Xenobot に会いましょう。不気味な新しい種類のプログラム 可能な生物です」。Wired。ISSN 1059-1028。
- ^ abcd Kriegman, Sam; Blackiston, Douglas; Levin, Michael; Bongard, Josh (2020年1月13日). 「再構成可能な生物を設計するためのスケーラブルなパイプライン」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 117 (4): 1853– 1859. Bibcode :2020PNAS..117.1853K. doi : 10.1073/pnas.1910837117 . ISSN 0027-8424. PMC 6994979 . PMID 31932426.
- ^ ab Sokol, Joshua (2020-04-03). 「ゼノボットに会おう: 命を吹き込まれた仮想生物」.ニューヨークタイムズ.
- ^ サンプル、イアン（2020-01-13）。「科学者がカエルの幹細胞を使って初の生きたロボットを製作」ガーディアン。
- ^ Yeung, Jessie (2020-01-13). 「科学者が世界初の生きた自己修復ロボットを開発」CNN。
- ^ 「研究チームが生きた細胞からロボットを製作」エコノミスト誌。
- ^ Ball, Philip (2020年2月25日). 「Living robots」. Nature Materials . 19 (3): 265. Bibcode :2020NatMa..19..265B. doi : 10.1038/s41563-020-0627-6 . PMID 32099110.
- ^ 「カエルの皮膚細胞から作られた生きたロボットは周囲の環境を感知できる」。ニューサイエンティスト。
- ^ ab Blackiston, Douglas; Lederer, Emma; Kriegman, Sam; Garnier, Simon; Bongard, Joshua; Levin, Michael (2021年3月31日). 「合成生体機械の開発のための細胞プラットフォーム」. Science Robotics . 6 (52): 1853– 1859. doi :10.1126/scirobotics.abf1571. PMID 34043553. S2CID 232432785.
- ^ Kriegman, Sam; Blakiston, Douglas; Levin, Michael; Bongard, Josh ( 2021年12月7日). 「再構成可能な生物における運動学的自己複製」。米国科学アカデミー紀要。118 (49). Bibcode :2021PNAS..11812672K. doi : 10.1073 /pnas.2112672118 . PMC 8670470. PMID 34845026. S2CID 244769761.
- ^ 「カエルの細胞でできた生きたロボットが生殖できるようになったと研究が発表」 ワシントンポスト。ISSN 0190-8286 。 2021年12月1日閲覧。
- ^ 「チームが生殖能力を持つ初の生体ロボットを開発」。2021年11月29日。 2021年12月1日閲覧。
外部リンク
- すべての xenobot 論文を要約しリンクするウェブページ
- Xenobot Labのウェブサイト
- 「研究者らはAIを使ってまったく新しい『動物ロボット』を設計した」サイエンティフィック・アメリカンのYouTube動画