世界初の生きた生殖ロボットが誕生：AIが設計に参加し4世代にわたり生殖

製造ロボット、組立ロボット、3Dプリントロボットなどは聞いたことがあるかもしれませんが、「飼育ロボット」は聞いたことがありますか？

持続的に生き残るためには、生命は繁殖しなければなりません。数十億年をかけて、地球上の生物はさまざまな繁殖方法を進化させてきましたが、今ではロボットも自分自身を複製し、子孫を残すことができるようになりました。

最近、米国のバーモント大学、タフツ大学、ハーバード大学の研究チームが、史上初の自己複製型生体ロボットを開発した。 1980 年代のビデオゲーム「パックマン」のような見た目で、自己複製しながら他の細胞を「食べる」ことができます。

「再構成可能な生物における運動学的自己複製」と題された関連研究論文が、科学誌「米国科学アカデミー紀要」に掲載されました。

論文によれば、この独創的な発見により、将来的には外傷、先天性欠損、がん、老化などに対するより直接的で個別化された薬物治療が可能になると期待されている。

世界初の生きたロボット

あなたの意見では、ロボットはどのような外観であるべきでしょうか?

そうですか？

このような？

まだこんな感じですか？

しかし、実際にはロボットもこのようなものになることがあります。

これが世界初の生体ロボット「Xenobot」です。

ロボットに対する人々の本来の印象を完全に打ち破ったと言えるでしょう。 Xenobots は金属や柔らかい「無生物」素材で作られているのではなく、生物細胞から抽出され、コンピューターによって設計された生きたロボットです。

それで、それはどのように作られたのでしょうか?

農業が始まって以来、人類は自らの利益のために他の生物を理解しようと努めてきた。そして遺伝子編集が一般的になりつつある現在、科学者たちは既知の動物の物理的形状を再現する人工生物を組み立てようと試みてきた。

この研究で、研究チームは「ロボットをベースにしたコンピューター技術を使って、最初から最後まで完全に新しい生物を作り出すことができるだろうか？」と疑問を抱きました。

そこで研究チームは、アフリカツメガエル（Xenopus laevis）の胚性幹細胞から分化した心筋細胞と皮膚細胞からなる細胞塊を初期生物として選択し、心筋細胞が細胞塊の動きの動力となり、皮膚細胞が構造的サポートとなるようにした。

研究者たちは、バーモント大学バーモント先端コンピューティングコアのディープグリーンスーパーコンピュータークラスター上で進化アルゴリズムを使用して数か月を費やし、ついに新しい生命体に最適な設計を見つけ出し、一方向への移動や物体の運搬など、特定のタスクを完了する能力をその生命体に与えた。

図 |コンピューターは 2 種類の細胞を組み合わせて新しい生体ロボット「Xenobot」を作成します (出典: この論文)

しかし研究者らは、この「新しい生きた、プログラム可能な生物」はまだ初期段階にあるとも述べた。重要な問題の一つは、細胞クラスターが自己複製できないことです。自身のエネルギーが枯渇すると、彼らは「死に」、劣化します。

再生？パックマンなら問題なし！

事実上すべての生物は成長し、子孫を残すことで繁殖します。

複製は、分裂、胞子形成、無性生殖、有性生殖、雌雄同体、ウイルスによる生殖など、さまざまな形態に進化してきましたが、これらのさまざまなプロセスには共通点が 1 つあります。それは、すべてが生物の内部で行われることです。

しかし、ゼノボットの場合、複製するための最良の方法は、体外で新しい細胞を継続的に「食べる」ことだと科学者たちは考えている。

実験では、研究者らは3,000個の細胞を含むゼノボットを培養皿に置いた。これらの細胞塊の表面にある繊毛は細菌の鞭毛のように機能し、細胞塊を設計された方向にらせん状に泳がせました。

驚くべきことに、この過程で、あちこちに分布している幹細胞を押し出して集めるのです。蓄積された細胞は増加し続け、わずか 5 日以内に、第 1 世代よりも小さく球形に近い新しい細胞クラスター、つまり第 2 世代 Xenobot を形成できます。

しかし、このような繁殖は 1 ～ 2 世代しか持続しません。

では、世代数を増やすにはどうすればよいのでしょうか?

研究者たちは人工知能について考えました。 Deep Green スーパーコンピュータ クラスターで実行される人工知能プログラムを使用して、進化アルゴリズムがシミュレーションで数十億の細胞形態をテストしました。しかし最終的に、AIは「知恵を絞って」パックマンに似た最適なデザインを思いつきました。

研究者たちは、この形状に基づいて新しい母親のゼノボットを構築した後、別の実験を行い、これらのロボットが絶えず動いており、C字型の「口」の中で新しい「子孫」が絶えず複製されていることを発見しました。

最終的に、彼らは最大 4 世代まで繁殖することができ、その「子孫」の直径は球形の Xenobot の子孫の直径よりも約 50% 大きくなっていました。

つまり、AIアルゴリズムは最終的に適切な設計を見つけ、再生と複製の世代数を大幅に延長しました。バーモント大学のコンピューター科学者でロボット工学者であり、この研究の共同リーダーでもあるジョシュア・ボンガード氏は、「適切な設計であれば、Xenobot 3.0 は自発的に自己複製する能力を完全に備えている」と述べている。

世界初の事例、喜びか悲しみか？

「驚くべきことだ」と生物学教授でチームのもう一人のリーダーであるマイケル・レビン氏は語った。 「これらの細胞はカエルのゲノムを持っていますが、オタマジャクシに変わるのではなく、科学で知られているどの動物や植物とも異なる方法で複製する、並外れた可塑性を持っています。」

しかし、AIが突然自己認識を持つようになったかのように、自己複製バイオテクノロジーを懸念したり、恐れたりする人もいます。

しかし研究チームは、これらのミリメートルサイズの生体ロボットは実験室環境で制御されており、簡単に破壊される可能性があると指摘している。

しかし、懸念やリスクがあるにもかかわらず、この研究の重要な結果を完全に無視することはできません。再生医療に応用できるかもしれない。この新しい生きたロボットは、インテリジェントな薬物送達や内外手術の新たな担い手となり、外傷、先天性欠損、がん、老化などの病気の治療に優れた解決策を提供し、さらには新型コロナウイルスワクチンの開発にも役立つ可能性がある。

さらに、この研究は生命の再生に対する人々の本来の認識を打ち破り、人々は初めて新たな再生の方法を観察することとなった。研究者たちは論文の中でこう書いている。

「表面の下には発見されるのを待っている、生命の驚くべき行動がたくさん隠されています。」

参考文献:

https://techxplore.com/news/2021-11-xenobots-team-robots.html

https://www.pnas.org/content/118/49/e2112672118

https://techxplore.com/news/2020-01-team-robots.html

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1910837117