Vad händer när du tar celler från grodembryon och odlar dem till nya organismer som "utvecklats" av algoritmer? Du får något som forskare kallar världens första "levande maskin."
Även om de ursprungliga stamcellerna kom från grodor - den afrikanska klöda grodan, Xenopus laevis - dessa så kallade xenobots liknar inte några kända amfibier. De lilla klumparna mäter bara 0,04 tum (1 millimeter) breda och är gjorda av levande vävnad som biologer samlade i kroppar designade av datormodeller, enligt en ny studie.
Dessa mobila organismer kan röra sig oberoende och kollektivt, kan självläka sår och överleva i veckor åt gången och kan potentiellt användas för att transportera läkemedel i en patients kropp, rapporterade forskare nyligen.
"De är varken en traditionell robot eller en känd djurart," sa medförfattaren Joshua Bongard, datavetare och robotekspert vid University of Vermont, i ett uttalande. "Det är en ny klass av artefakt: en levande, programmerbar organisme."
Algoritmer formade utvecklingen av xenobots. De växte från hud- och hjärtstamceller till vävnadsklumpar av flera hundra celler som rörde sig i pulser genererade av hjärtmuskelvävnad, säger författarförfattaren Sam Kriegman, en doktorand som studerar evolutionsrobotik vid University of Vermont's Department of Computer Science, i Burlington .
"Det finns ingen extern kontroll från en fjärrkontroll eller bioelektricitet. Det här är ett autonomt agens - det är nästan som en lindningsleksak," sa Kriegman till Live Science.
Biologer matade en dator begränsning för de autonoma xenobotterna, till exempel vävnadens maximala muskelkraft och hur de kan röra sig genom en vattnig miljö. Sedan producerade algoritmen generationer av små organismer. De bäst fungerade botsna skulle "reproducera" inuti algoritmen. Och precis som evolutionen fungerar i den naturliga världen, skulle de minst framgångsrika formerna raderas av datorprogrammet.
"Så småningom kunde det ge oss mönster som faktiskt kunde överföras till riktiga celler. Det var ett genombrott," sade Kriegman.
Studieförfattarna väckte sedan dessa mönster till liv och sammansatte stamceller för att bilda självdrivna 3D-former designade av utvecklingsalgoritmen. Hudceller höll xenobotterna ihop, och bankningen av hjärtvävnad i specifika delar av deras "kroppar" drev "bots genom vatten i en petriskål i flera dagar, och till och med veckor i sträck, utan att behöva ytterligare näringsämnen, enligt studien . Botten kunde till och med reparera betydande skador, säger Kriegman.
"Vi skar den levande roboten nästan i hälften, och dess celler dragkedja automatiskt tillbaka kroppen," sa han.
"Vi kan föreställa oss många användbara applikationer av dessa levande robotar som andra maskiner inte kan göra", säger studiens medförfattare Michael Levin, chef för Center for Regenerative and Developmental Biology vid Tufts University i Massachusetts. Dessa kan inkludera inriktning på giftigt utsläpp eller radioaktiv förorening, insamling av marin mikroplast eller till och med utgrävning av plack från mänskliga artärer, sade Levin i ett uttalande.
Skapelser som oskärmar gränsen mellan robotar och levande organismer är populära ämnen inom science fiction; tänk på mördarmaskinerna i "Terminator" -filmerna eller replikerarna från "Blade Runner" -världen. Utsikterna till så kallade levande robotar - och att använda teknik för att skapa levande organismer - väcker förståeligt oro för vissa, säger Levin.
"Den rädsla är inte orimlig," sa Levin. "När vi börjar röra oss med komplexa system som vi inte förstår kommer vi att få oavsiktliga konsekvenser."
Ändå kan byggnad på enkla organiska former som xenobots också leda till gynnsamma upptäckter, tillade han.
"Om mänskligheten kommer att överleva in i framtiden, måste vi bättre förstå hur komplexa egenskaper på något sätt kommer från enkla regler," sade Levin.
Resultaten publicerades online 13 januari i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.
