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, Umělá inteligence, Výzkum, Superpočítače, Buňky, Evoluce, Tufts University, Robot, Inteligence, Počítač, Vědec, Usain Bolt, Úsvit


Určitě si přečtěte

Zkusili jsme Ryzen 7 4800HS v notebooku Asus: drtí Intel výkonem a umí být potichu

Zkusili jsme Ryzen 7 4800HS v notebooku Asus: drtí Intel výkonem a umí být potichu

** Nové osmijádro AMD pro herní notebooky překvapuje výkonem ** V rámci notebooku ROG Zephyrus G15 umí být tiché i výkonné** Rozhodnou hlavně prodávané konfigurace s lepší grafikou

Tomáš Holčík | 70

Proč byste měli rozmazávat SPZ aut na fotkách, které vystavujete na web

Proč byste měli rozmazávat SPZ aut na fotkách, které vystavujete na web

** Na fotkách aut nahraných na web je dobré rozmazat SPZ ** Značku dokáže z obrázku přečíst Google i Facebook ** SPZ může naplnit podstatu osobního údaje

Karel Kilián | 67

12 nejšílenějších programovacích jazyků, ze kterých vám praskne hlava

12 nejšílenějších programovacích jazyků, ze kterých vám praskne hlava

** Myslíte si, že umíte programovat? ** Ale prosím vás, zkuste jazyk Wenyan nebo Malbolge ** Z ezoterických jazyků zešílíte, nebo vás zaměstnají v Googlu

Jakub Čížek | 26

10 map, na kterých můžete COVID-19 sledovat téměř v živém přenosu

10 map, na kterých můžete COVID-19 sledovat téměř v živém přenosu

** Koronavrus můžete sledovat skoro živě ** Analytici a kartografové připravili hromadu map ** Vybrali jsme deset z nich

Jakub Čížek | 8

Biblická potopa Česka: Jak bychom dopadli, kdyby nás zatopil oceán

Biblická potopa Česka: Jak bychom dopadli, kdyby nás zatopil oceán

** Představte si biblickou potopu ** Nejprve zaniknou Děčín a Břeclav, pak i Brno a Praha ** Hlavním městem se stane Jihlava a zbytky Čechů přežijí na Kvildě

Jakub Čížek | 94