Superpočítače | Buňky | Evoluce

Úsvit xenobotů: Shluky buněk, které vznikly díky evoluci v počítači, umí chodit i „tančit“

  • Jsou živí a zformovala je evoluce
  • Ta však neproběhla v přírodě, nýbrž v superpočítači
  • Bez toho, že by se museli cokoli učit, dokážou chodit a dokonce si spolu i „zatancují“
Foto: Sam Kriegman/Douglas Blackiston/Michael Levin/Josh Bongard
Úsvit xenobotů: Shluky buněk, které vznikly díky evoluci v počítači, umí chodit i „tančit“ | Foto: Sam Kriegman/Douglas Blackiston/Michael Levin/Josh Bongard

Roboty už dneska zvládají kdeco. Svářejí na montážních linkách automobilové karosérie, pomáhají chirurgům při náročných operacích. Sestrojit robota z mechanických součástek a vybavit ho elektronickými smysly a „mozkem“ je s trochou nadsázky jako houska na krámě.

Informatici z University of Vermont vedení Michaelem Levinem a biologové z Tufts University pod vedením Joshe Bongarda nyní představili světu tzv. xenoboty.

Ti jsou tvořeni výhradně živými buňkami, ale vykonávají přesně určené aktivity a jejich design je výsledkem evoluce, která proběhla v supervýkonných počítačích vybavených umělou inteligencí. Výsledky tohoto nevšedního experimentu zveřejnil přední vědecký časopis Proceedings of the National Academy of Sciences.

Počítačová evoluce

Informatici nechali nejprve počítač vytvořit zcela náhodné virtuální shluky buněk a následně testovali v počítači tyto objekty na schopnost vykonávat určité funkce. Zjišťovali například, jak by se shluky buněk pohybovaly po pevné, rovné podložce.

Útvary, které se jevily nejnadějněji, by Usaina Bolta rozhodně nepředběhly. Vědci však podrobili jejich stavbu umělé evoluci v počítači. Na jejím konci všechny výsledné koncepce buněčných shluků znovu otestovali ve virtuálním prostředí a na základě výsledků testů opět vybrali ty nejzdatnější.

Vybranou skupinu buněčných shluků virtuálně otestovali na odolnost. Modelovali jejich pohyb v různých typech prostředí a vybírali takové shluky, které plnily úlohy velmi podobně za různých podmínek.

Uspořádání buněk, které se při modelování umělou inteligencí jevilo jako nejslibnější, vědci ověřili v praktickém experimentu. Za výchozí surovinu jim sloužila embrya africké žáby drápatky Xenopus laevis (název „xenobot“ byl vytvořen jako složenina slov Xenopus a robot).

Z buněk embrya vědci vypěstovali dva typy buněk – pokožku a srdeční svalovinu. Zatímco buňky pokožky jsou pasivní, buňky srdeční svaloviny spontánně tepou a zajišťují pohyb. Buňky kůže jim skýtají oporu a ochranu.

Xenoboti vytváření z buněk měřili něco kolem jednoho milimetru. Douglas Blackiston z Tufts University je vyráběl podle „plánků“ vzniklých evolucí v počítači. Shluky buněk krájel a spojoval pomocí mikronástrojů pod mikroskopem. Tohle byla v celém procesu jediná „ruční práce“. Jinak probíhalo vše zcela autonomně bez zásahu lidské ruky. Do budoucna chtějí vědci zautomatizovat i vlastní výrobu xenobotů.

Naplněné počítačové prognózy

Základní otázka, na kterou měl experiment odpovědět, zněla: „Budou se xenoboti chovat tak, jak předvídá umělá inteligence? Budou plnit úkoly, pro které byli počítačovou evolucí designovaní?“ Odpověď zní: „Ano!“

Někteří xenoboti chodili po pevné podložce. Počítač jim k tomu navrhl pohyblivé končetiny a xenoboti po nich poslušně „cupitali“. Jiní xenoboti transportovali podané mikroskopické objekty. Vydrželi se pohybovat celé dny a dokonce i týdny. Záleželo jen na tom, kolik energetických zásob načerpali před „nástupem do služby“.

Když byl xenobot rozkrojen bezmála na dvě půlky, sám se zase „zhojil“ a pokračoval v činnosti. To by žádný mechanický robot nedokázal, pokud by pro takovou situaci nebyl speciálně naprogramován a vybaven vším potřebným k opravě. Pro xenoboty to byla naprosto spontánní reakce.

Vědci nechali umělou inteligenci i modelovat, co se stane, když se několik xenobotů dostane do vzájemného kontaktu. Při ověření v reálu ujistili, že se xenoboti od předpovědi počítače odchylují jen minimálně. Jeden typ xenobotů například vyvolával se svými protějšky časté kolize, při kterých se xenoboti k sobě „přilepili“.  Dvojice se pak chvíli otáčela kolem společné osy, jako kdyby tancovala. Nakonec se xenoboti zase „pustili“ a každý pokračoval v putování na vlastní pěst.

K čemu nám budou?

Nabízí se otázka, k čemu xenoboty využijeme. Jeden z „modelů“ byl vybaven jakousi kapsou, v které mohl transportovat „náklad“. Vědci doufají, že by xenoboti podobné konstrukce by mohli jednou posloužit k cílenému transportu léků v těle. Krevním oběhem by například doplavali až do nádoru a tam by uvolnili náklad chemoterapeutik.

S nasazením xenobotů se počítá i ve volné přírodě. Mohli by například likvidovat všudypřítomné plastové mikročástice nebo inaktivovat chemikálie znečišťující vodu nebo půdu. Výhodou těchto xenobotích „čističů“ je, že když doslouží, nezvýší ekologickou zátěž životního prostředí. Rozloží se podobně jako přírodní organismy.

Xenoboti mohou objasnit i jednu z největších záhad vývoje pozemského života. Tou je vznik mnohobuněčných tvorů z jednobuněčných organismů.

Odborníci se ve svých komentářích shodují v tom, že výzkum na tomto poli je na samém počátku a všechny jeho možné aplikace si ani nedokážeme představit. 

Diskuze (7) Další článek: Google chystá další komunikátor. Tentokrát pro firmy a měl by kombinovat Gmail, Disk a Hangouts

Témata článku: Roboti, Výzkum, Umělá inteligence, Superpočítače, Buňky, Evoluce, Vědec, Usain Bolt, Počítač, Inteligence, LAE, Úsvit, Robot, Tufts University


Určitě si přečtěte

Z rozmazané šmouhy krásná fotka. Takhle kouzlí nová umělá inteligence MyHeritage

Z rozmazané šmouhy krásná fotka. Takhle kouzlí nová umělá inteligence MyHeritage

** MyHeritage slibuje nejlepší neuronovou síť pro vylepšování fotek ** Funguje tím líp, čím horší fotku upravuje ** Otestovali jsme desítky různých snímků

Marek Lutonský, Lukáš Václavík | 39

Windy je laboratoř na počasí: 12 tipů, jak se ve službě vyznat a využít ji naplno

Windy je laboratoř na počasí: 12 tipů, jak se ve službě vyznat a využít ji naplno

** Předpověď počasí Windy nabízí nepřebernou škálu funkcí ** Zorientovat se v nich nemusí být vždy snadné ** Proto přinášíme 12 užitečných tipů a triků

Karel Kilián | 10

Windows 10 May 2020 Update je venku. Odstraňuje hesla a přináší Linux

Windows 10 May 2020 Update je venku. Odstraňuje hesla a přináší Linux

** Jarní aktualizace Desítek přináší dost novinek, jsou ale spíš menší ** Zlepšují se stabilita, rychlost i komfort ovládání ** Revoluce ve Windows 10 teprve přijde

Vladislav Kluska | 93