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Wissenschaftler erschaffen biologische Roboter aus Froschzellen, die sich wie ein Schwarm verhalten, ein Gedächtnis haben und sich selbst heilen können

Wissenschaftler erschaffen biologische Roboter aus Froschzellen, die sich wie ein Schwarm verhalten, ein Gedächtnis haben und sich selbst heilen können

Forscher haben neue und verbesserte Xenobots entwickelt, winzige biologische Maschinen aus Froschzellen, die sich nun wie ein „Schwarm“ zu einem einzigen Körper organisieren und sich sogar an ihre Umgebung „erinnern“ können.

Die verbesserten Bots basieren auf Arbeiten, die Wissenschaftler der Tufts University und der University of Vermont im vergangenen Jahr erstmals vorgestellt haben. Diesmal wurde das Design so verbessert, dass sie sich schneller bewegen, länger leben und sich zusammensetzen können, um gemeinsam als Einheit zu arbeiten – ein Prozess, der als „zelluläre Selbstorganisation“ bekannt ist.

Zusammengefasst in einem Artikel für die Zeitschrift Science Robotics am Mittwoch, könnte der Durchbruch Licht auf die „Schwarmintelligenz“ im Tierreich und darüber hinaus werfen.

„Robotiker beschäftigen sich schon lange mit Schwarmintelligenz, Biologen studieren Schwarmintelligenz bei Organismen. Dies ist etwas dazwischen, was ich sehr interessant finde“, sagt Josh Bongard, Forscher an der University of Vermont.

Irgendwie suggeriert es, zumindest mir als Robotiker, dass dies ein besserer Weg ist, Schwärme von nützlichen Maschinen zu bauen als Schwärme von traditionellen Roboterteilen?

Ein Xenobot demonstriert seine Fähigkeit zur Selbstreparatur. © Douglas Blackiston

Die Forscher sagten auch, ihre Arbeit zeige, dass ein „beschreibbares molekulares Gedächtnis“ möglich sei. die den Xenobots die Fähigkeit verleihen, „die Exposition gegenüber einer bestimmten Wellenlänge des Lichts zu registrieren“, indem sie eine spezielle Art von Protein verwenden, das sich rot färbt, wenn es blauem Licht ausgesetzt wird.

Während sich die vorherige Iteration auf die Kontraktion von Muskelzellen für die Bewegung verließ, nutzt das neue Modell haarähnliche Strukturen auf seiner Oberfläche, die als Zilien bekannt sind, wodurch es schneller krabbeln und schwimmen kann. Immer noch in der Lage, sich selbst zu heilen, kann die aktualisierte Version auch drei bis sieben Tage länger überleben als ihre Vorgängerin, die nur etwa eine Woche durchhielt.

Die haarähnlichen Strukturen, die als Zilien bekannt sind, sind auf Xenobots in einem Bild mit hoher Vergrößerung zu sehen. © Douglas Blackiston

„Zusammengenommen stellen diese Ergebnisse eine Plattform dar, die zur Untersuchung vieler Aspekte der Selbstorganisation, des Schwarmverhaltens und des synthetischen Bio-Engineerings genutzt werden kann, sowie zur Bereitstellung vielseitiger lebender Maschinen mit weichen Körpern für zahlreiche praktische Anwendungen in der Biomedizin und der Umwelt“, so die Wissenschaftler.

Die organischen Maschinen, die zwischen einem Viertel und einem halben Millimeter groß sind, wurden mit Hilfe eines Supercomputers entworfen, der einen evolutionären Algorithmus nutzte, um mikroskopische Baupläne zu erstellen.

Sie werden aus Stammzellen hergestellt, die aus Froschembryonen geerntet wurden, und sind vollständig biologisch abbaubar, was die Hoffnung weckt, dass sie eines Tages sicher im menschlichen Körper und zur Umweltsanierung eingesetzt werden könnten.

Die Forscher gingen nicht auf die Möglichkeit ein, dass die Bots als Waffe oder für militärische Anwendungen eingesetzt werden könnten, obwohl die Forschungsabteilung des Pentagons, DARPA, in der Vergangenheit mit ähnlichen Ideen gespielt hat.

Die Klassifizierung von zombieartigen Robotern, die sich an der Grenze zwischen Biologie und unbelebter Technologie bewegen, hat sich als schwieriger erwiesen, und die Forscher vermuten, dass sie eine völlig neue Art von Lebensform geschaffen haben.

„Ich fühle mich einer Antwort nicht näher. Ob sie Roboter sind, ob sie Frösche sind, ob sie etwas ganz anderes sind“, sagte Bongard.