Meet Xenobot, an Eerie New Kind of Programmable Organism

Researchers hope the living robots, made up of masses of cells working in coordination, can help unlock the mysteries of cellular communication.

image of the organism's group behavior
Xenobots carve traces through a field of particulate matter. These simple robots made of cells exhibit remarkably complex behavior.Courtesy of Douglas Blackiston

显微镜的监视下,忙碌的小斑点中的液体向前推进,转身,有时在圆圈纺丝场就跑周围。细胞碎片跌落到平原和斑点将羊群他们进入桩。 ITS轻弹到任何一滴回来了,它会躺在那里像一个翻转,在龟。

Their behavior is reminiscent of a microscopic flatworm in pursuit of its prey, or even a tiny animal called a water bear—a creature complex enough in its bodily makeup to manage sophisticated behaviors. The resemblance is an illusion: These blobs consist of only two things, skin cells and heart cells from frogs.

Writing today in the Proceedings of the National Academy of Sciences, researchers describe how they’ve engineered so-called xenobots (from the species of frog, Xenopus laevis 500 Internal Server Error

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细胞如何协同工作,形成复杂的解剖结构“是一个重大的难题,”塔夫茨大学的生物物理学家发展欧文莱,在新纸合着者。 “我们对此很感兴趣的是细胞如何协同工作作出具体功能结构这个问题。”一旦他们开始探索未知的,他们甚至可能取得进展在什么更神秘的问题 else a cell might be willing to make.

Courtesy of Sam Kriegman and Josh Bongard, UVM

莱文和他的同事们开始共同设计他们xenobots与细胞本身,和一些花哨的算法的帮助。他们收获的干细胞从青蛙胚胎,并将它们分化为心脏细胞,这自然收缩,和皮肤细胞,哪些没有。在显微镜下工作,他们凑齐这些有源和无源器件一起,利用细胞的自然倾向的“坚持彼此。一些最终形状像楔子,其他像拱门。在上面的GIF,在顶部的TEAL正方形是无源单元,而交替的绿色和红色细胞在底部活性细胞。

当xenobots四处移动,观察一下研究人员能够以其独特的结构,无论是在其细胞的安排和整体造型的BLOB映射到行为。他们把所有这些数据,以一个团队的计算机科学家,谁建一个模拟环境,为xenobots的数字版本中玩的。然后他们跑 evolutionary algorithms,这在某种意义上复制自然选择的过程,来看看如何结构有助于xenobot的,比方说,向前推进。对于xenobots'设计的可能操作和系统搜索探索新的设计会如何影响这些功能。这xenobots在模拟任务做的特别好被视为“契合”和繁殖与其他高绩效来打造新一代的“进化” xenobots。

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The robots as designed by the computer at top, with their real-life analogs at bottom.

Courtesy of Douglas Blackiston

莱文和他的同事随后尝试建立一些这些设计的;他们扔掉别人。他们派那些工作回计算机科学家,世界卫生组织模拟器基于其调整实验室人们学到了什么。 “所以这是这类之间来回了设计周期,这有助于理解什么样的生物是做规则的生物学背部和,”莱文说。

在愚笨的斑点结束的方式,是彻头彻尾的怪异行为。 “他们总是不断地改变其运动时间,那么他们将在一个特别的方式,那么他们就会改变它,然后一转身移动,他们就会回去,”莱文说。当他们遇到其它松散的细胞,他们就会一哄而上他们到小堆。 xenobot片打开,它会重新振作起来,点菜 T-1000 from Terminator 2. Two xenobots might join together and scoot around as a happy couple. A xenobot with a hole in it can pick up and carry things.

The evolutionary algorithms spit out a wide range of forms.

Courtesy of Douglas Blackiston

如何xenobot的细胞通信,还是真的,细胞在一般生产复杂的行为如何沟通就是这样的Levin和他的同事们之后。 “最重要的是,我们怎样才能检查,”莱文说。到xenobot是一对的一类生物体一个:它是由两个活细胞机器,研究人员可以进行编程,以表达某些行为的活物。青蛙细胞没有特殊的和本身,它是自发行为,他们共同产生,是如此显着。

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Then we can start to think about a whole new way of going about robotics. Your typical humanoid robot is a collection of dumb parts that makes up an (ideally)这全智能可以走动和操作对象。但人体是智能全下细胞沟通,使各组织,器官哪一个相互协作,使,从而弥补了(理想)全智能化的方式。 “我们感兴趣的是喂养信息反馈到工程和AI,”莱文说。

COURTESY OF SAM KRIEGMAN AND JOSH BONGARD, UVM

The path there won’t be easy, though. “Constructing robots out of living tissue shares many of the same challenges that are being worked on in the field of soft robotics, only turned up to 11,” says Tønnes Nygaard, who studies evolutionary robotics 在奥斯陆大学,但是在WHO ESTA的研究并没有参与。现实世界是一个混乱和嘈杂的地方,任何机器人也很难适应,更不用说机器人做出模糊的活细胞进行。但使用进化技术,这些种手段机器人的美丽感知环境,以适应自己像实际生活的东西,虽然随着人的指导手。

So a warm welcome to the xenobots, hybrid robot-organisms like no other. May the world treat you kindly.


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