Pac-Man ve zkumavce: jaké jsou dnešní možnosti inteligentních mikrorobotů

Přírodovědci si dobře uvědomují, že jednou ze základních vlastností života je schopnost rozmnožování. Právě tím se živá příroda odlišuje od neživé. Během miliard let evoluce bylo vyvinuto mnoho způsobů replikace organismů – počínaje pučícími rostlinami přes pohlavní živočichy až po útočící viry. Nyní ale výzkumníci objevili zcela novou formu biologické reprodukce a svůj objev použili k vytvoření vůbec prvních rozmnožujících se živých robotů.

Stejný tým, který před rokem sestrojil první živé roboty (neboli xenoboty), zjistil, že tyto počítačem navržené a ručně sestavené organismy mohou vplout do Petriho misky, najít tam jednotlivé buňky, tisíce jich shromáždit a sestavit pak malé xenoboty uvnitř svých „úst“. Celé to vypadá, jako když ve videohře Pac-Man požírá kuličky.

A tito xenoboti pak najdou další buňky a vytvoří z nich své další kopie. Proces pak může pokračovat znovu a znovu, pořád dokola. „Navrhneme-li je správně, pak se budou opravdu samoreplikovat,“ popsal pro média Joshua Bongard, počítačový vědec a odborník na robotiku z Vermontské univerzity, který se na vytvoření xenobotů podílel. Se svými kolegy výsledky experimentu popsal koncem listopadu 2021 v časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.

Evoluce v superpočítači

Evoluce xenobotů je částečně simulována na superpočítačích. | Zdroj: Pixabay

V prostoru Petriho misky se čile pohybuje Pac-Manovi podobné shromáždění buněk – shluk, tvarově podobný hlavnímu hrdinovi ze starodávné počítačové hry, který pilně shromažďuje další kmenové buňky. Po krátkém čase zrání se nové uskupení chová stejně jako jeho „výrobce“. Po pěti takových „levelech“ je konec a nové biologické stroje již nevznikají.

Badatelé již v březnu 2020 představili první řadu xenobotů a na svůj výzkum dostali finance od americké armádní agentury DARPA v programu Lifelong Learning Machines. Od samotných počátků si při vývoji xenobotů vzali na pomoc algoritmy na superpočítačích.

Výkonnému stroji Deep Green bylo nejprve zadáno vyvinout optimalizovaný tvar xenobota. Evoluční algoritmy simulovaly chování několika miliard forem. Optimálním výsledkem ze simulací se stal tvar Pac-Mana – či z matematického pohledu, polovina torusu.

Superpočítače disponují obrovskou výpočetní kapacitou, takže jsou schopné takových návrhů vytvořit gigantické množství. Vědci je pak nechali vytvořit přes sto generací těchto biologických strojů, než pokročili do další fáze – přesunu experimentu z virtuálního prostředí do skutečné laboratoře.

Z buněk odebraných z embryí žáby pak vytvořili xenoboty. Vypustili je do nádobek s vodou, kde sledovali, jak si laboratorně vyrobené stroje povedou. Některé se pokoušely pohybovat přímo, jiné se točily dokolečka, anebo se dokonce spojovaly s jinými.

Smysly řízený pohyb vpřed

Výsledkem superpočítačových simulací se stal tvar podobný hlavnímu hrdinovi ve hře Pac-Man. | Zdroj: Douglas Blackiston a Sam Kriegman, Wyss Institute

Biologické stroje mají jednoho dne vznikat například z buněk lidských pacientů a dodávat na konkrétní místa v těle účinné látky nebo sbírat třeba mikroplasty ve světových mořích a oceánech.

Vědci věří, že organismy postupně upraví tak, aby měly i cévy, základní nervový systém a senzorické buňky, vytvářející jednoduché oči. Díky nim by měly být schopné vnímat okolní svět a také na něj reagovat – použijí-li se buňky z embryí savců, mohl by organismus přežít i mimo vodu, na souši.

Pokračování článku