18 Eyl 2021

Malzemeci Amca

Tüm Mühendislik Ders Notları

Yaşayan Robot: XenoBot 2.0

Xenobot 2.0: Bilim Adamları Yaşayan Robotların Bir Sonraki Jenerasyonunu Üretti.

Vermont Üniversitesi ve Tufts Üniversitesinden bilgisayar mühendislerinden ve biyologlardan oluşan bir grup bilim adamı, yükü ittirebilen, etrafta dolaşabilen hatta diğer Xenobotsların bir sürünün mevcut kollektif davranışlarını sergileyebilen “Xenobots” adını verdikleri kurbağa hücrelerinden ince kendi kendine iyileşen biyolojik bir makine olan yeni bir şey ürettiler.

Xenobots 2.0 için hazır olun!

Şimdi aynı takım, hareket etmek için kas hücrelerine ihtiyaç duymayan, tek bir hüreden bir vücut gibi kendine kendine bir araya gelen ve hatta kaydeden hafıza yeteğini gösterebilen bir yaşam formu üretti. Ayrıca bu yeni jenerasyon Xenobots, farklı çevrelerde gezinebilen daha hızlı hareket edebiliyor ve ilk üretiminden çokta uzun yaşayabiliyorlar. Onlar, gruplar halinde beraber çalışma kabiliyetine sahiptir ve eğer hasar alırlarsa kendilerini iyileştirebiliyorlar. Bu yeni araştırmann sonucları, Science Robotics’de yayımlanmıştır.

Hareket üretmek için kalp hücreleri ve kurbağa derisi şeklinde ameliyat edildi ve dokunun elle yerleştirme yöntemiyle “yukarı aşağı” inşa edilen milimetre boyuntundaki otomattlar olan Xenobots 1.0 ile karşılaştırıldığında, Xenobots’un yeni versiyonu, “aşağı yukarı” yöntemiyle yapıldı. Tufs’taki biyolojistler, Afrika Xenopus laevis embroysundan(Sonra ismi Xenobots oldu) kök hücre aldı ve onların kendi kendilerine toplamaya izin verdi ve küremsi bir yerde büyüdüler ki burada bir kaç gün sonra hücrelerden bazıları tüyler üretmek için farklılaştı- ince saç gibi- özel bir yöntemle dönmesiyle ya da ileri geri hareket etmesiyle tıpkı projeksiyonlar gibi. Doğal ritmik kasılmaları, orjinal Xenobots etrafından kaçmaya izin veren heykel kalp hücrelerinin yerine tüyler, onların hızlı bir şekilde bir yüzey alanı boyunca hareket etmesi için yeni dairesel ayaklar verdi. Bir insanda ya da bir kurbağada önemli olan tüyler, normal bir şekilde mukus yüzeyi üzerinde bulunacaktır ki patojenleri ve diğer yabancı malzemeleri dışarıya atmaya yardımcı olan akciğerlerdeki gibidir. Xenobots üzerinde, bilim adamları, hızlı hareket sağlamak için yeniden tasarlanmıştır.

“Tamamen normal genlere sahip olmasına rağmen biz, hücre kollektiflerinin kayda değer esnekliğine tanık oluyoruz ki bu durum bir kurbağa vakasında onların varsayılandan çok daha farklı olan ilkel yeni bir vücut inşa eder.” demiştir Tufs Üniversitesinde Allen Araştırma Merkezi direktörü ve Seçkin Biyoloji Profesörü çalışmanın ilgili yazarı Michael Levin. “ Bir kurbağa embroysunda, hücreler, bir yavru oluşturmak için işbirliği yaparlar. Burada, bu bağlamdan çıkarıldığında, hareket gibi yeni fonksiyonlar için tüyler oluşması, hücrelerin genetik olarak kodlanmış donanımlarını yeniden kullanabileceklerini görüyoruz. Hücrelerin, spontane bir şekilde yeni roller alabilir ve böyle özellikler için evrimsel seçilimin uzun periyodu olmadan davranışları ve yeni vücut planları oluşturulabilir olması harika birşeydir.”

“Bir şekilde, Xenobots, geleneksel bir robot gibi inşa edilmiştir. Sadece biz, önceden tahmin edilebilir davranışlar oluşturmak ve şekillerini inşa etmek için yapay bileşenler kullanmanın yerine hücre ve dokuları kullandık” demiştir araştırma teknisyeni Emma Lederer ile birlikte çalışmanın ilk yazarı olan baş bilim adamı Doug Blackiston. “ Biyoloji sonunda, bu yaklaşımın, hücreler nasıl gelişme boyunca bir diğeriyle etkileşim içinde olduğunu ve bu etkileşimleri nasıl daha iyi kontrol edebileceğimizi anlamada bize yardımcı oluyor.”

Tufts bilim adamları, fiziksel organizmalar oluşturuken, UVM’deki bilim adamları, robotlar, grup halinde ve bireysel olarak farklı davranış sergiyip sergilemediklerini görmek için Xenobots’un farklı şekillerini tasarlarlanan bilgsayar similasyonu çalıştırmakla meşgul. UVM’nin Vermont Gelişmiş Hesaplama Çekirdeğin’de Deep Green süper bilgisayar kümesi, bir evrim algoritması kullanarak 100 lerce, binlerce rasgele çevre şartları altında ve robotik uzmanı Josh Bongard ve bilsayar bilim adamları tarafından başı çekiyor. Bu simülasyonlar, parçaçıklar alanında büyük enkaz yığınlarını toplamak için sürülerin beraber çalışabilen Xenobotsları tanımlak için kullanılır.

“ Görevimizi biliyoruz fakat başarılı tasarım gibi görünmesi gereken şey insanlar için bütünüyle açık değildir. Yani süper bilgisayar ortaya çıkar ve bu işi en iyi yapan sürüyü bulmak için bütün muhtemel Xenobot sürülerinin uzayı üzerinde araştırır.” Demiştir Bongard. “ Biz, Xenobots’u işe yarar işlerde kullanmak istiyoruz. Hemen şimdi, onlara basit bir görev veriyoruz fakat sonunda örneğin topraktaki kirlilikleri ve okyanustaki mikroplastikleri temizleyebilecek yaşayan araçların yeni bir türünü amaçlıyoruz.”. Yeni Xenobots, büyük demiroksit parçaçıklarını toplaması için ve bir petri kap yoluyla süpürmesi için bir sürüyle beraber çalışan son senenin modelinden çöpleri toplama gibi görevlerinde daha hızlıdır ve daha iyidir. Ayrıca onlar, büyük düz alanları kapar ve dar kılcal damarlar boyunca gezer. Bu çalışmalar, silikon simülasyonlarında bu otomatlar, daha karmaşık davranışlar için biyolojiksel botların gelecek optimize ek özellikler ekleyebileceğini ileri sürer. Xenobot güncellemesinde eklenen önemli bir özellik, bilgiyi kaydetme kabiliyetleridir.

Şimdi Hafızayla Birlikte

Robotların temel bir özelliği, anıları kaydebilme kabiliyetidir ve robotların aksiyonlarını ve davranışlarını değiştirmek için bilgiyi kullanır. Bunu akılda tutarak, Tufts bilim adamı, normalde yeşil parlayan EosFP olarak adlandırılan bir floresan muhbir proteini kullanarak bir bit bilgiyi kaydetmek için a okuma-yazma kabiliyetine sahip Xenobots tasarladı. Fakat, 390nm dalga boyunda ışığa maruz kaldığında, protein, yeşil ışık yerine kırmızı ışık yayar.

Kurbağa embryola hücreler, Xenobots oluşturmak için kök hücreler kesilmeden önce bir yüzey alanı cıvarında yüzmesi için 10 tane Xenobots izin vererek hafıza işlevini test etti. 2 saat sonra, 3 otomatın kırmızı ışık yaydığını buldular. Dinlenmelerinde, otomatların yolculuk deneyinde etkili bir şekilde kaydedilen orjinal yeşil renginde kaldılar.

Molekül hazıfaza prensibinin bu kanıtı, gelecekte ışığı sadece ışığı değil radyoaktif kirliliğin, kimyasal kirliliğin, ilaçların ve bir bozulukluk durumunuda yakalamak ve kaydetmek için uzanabilir. Dahası, hafıza işlevinin tasarımı, çoklu uyarılarını kaydebilecek  ya da otomatlarıın, his uyarılarına bağlı değişiklikleri ya da birleşikleri açığa çıkarmaya da izin verecektir.

Xenobot Kendisini İyileştirir

“Kullanıyor olduğumuz biyolojiksel malzemeler, birçok özelliklere sahiptir. Otomatlarda bazı günlerde gerçekleştirmeyi seveceğiz- hücreler, sensörler, hareket için motorlar, iletişim ve networkleri hesaplama ve bilgiyi depolamak için kaydedici cihazlar gibi davranır.” dedi Levin. “Xenobotlar ve biyolojiksel botların gelecek versiyonları, metalleri ve plastikler meslektaşarını yapmakta zorluk çekiyor olmaları ve hücreler büyüdükçe ve geliştikçe kendi vücutlarını inşa ediyor olmasını ve tamir etmesi ya da hasara uğradıklarını kendilerini iyileştirmesi yapabilecekler. İyileştirmek, yaşayan organizmaların doğal bir özelliğidir ve bu özellik Xenobot biolojisinde mevcuttur.”

Yeni Xenobotlar, dikkate değer şekilde, yenilenmeye ayak uydurmuşlar ve yaralanmadan 5 dakikada sonra kalınlıklarının yarısı kadar şiddetli bir tam uzunlukta yırtığın çoğunluğu kapanacaktır. Bütün yaralanmış otomatlar, nihayetinde yarayı iyileştirebildiler ve önceki gibi çalışmalarına devam ederek şekillerini restore ettiler.

Levin ekledi, “Biyolojiksel robotların bir diğer avantajı, embryonik enerjiler depoları üzerine 10 güne kadar hayatta kalabilirler ve ek bir enerji kaynağı olmadan görevlerini yerine getirebilirler fakat onlar ayrıca çorpalarından bir kaç tanesini saklanırsa birkaç ay süreyle tam hızda taşıyabilirler.

KAYNAK: beratyonez.blogspot.com