AI کرمهای ربات هدایت لیزری را کنترل می کند

AI کرمهای ربات هدایت لیزری را کنترل می کند

کنترل خودکار کرمهای نماتد پاسخ دهنده به نور اولین تلاش برای ایجاد ارگانیسمهای چند سلولی و بیوبوتیک است.

رباتیک ها برای اولین بار یک سیستم محاسباتی خودکار برای کنترل حرکات ارگانیسم زنده چند سلولی - کرم مهندسی ژنتیک (Caenorhabditis elegans) ساخته اند که در پاسخ به نور آبی ، عضلات منقبض می شوند. نماتد با هدایت لیزر ، که هفته گذشته (30 ژوئن) در Science Robotics شرح داده شد ، RoboWorm نام دارد.

لی ژانگ ، محقق نانومواد و میکروتوبوتیک از دانشگاه چینی هنگ کنگ ، که در این تحقیقات نقش نداشته است ، می گوید: "بیشتر ریز ربات های بیوهیبرید [در حال توسعه] اساساً بر اساس باکتری ها ساخته شده اند." اما در این مطالعه ، "آنها استفاده از C. elegans ، کرم ، را به عنوان یک عامل رباتیک پیشنهاد می کنند. . . [به روشی] بسیار جالب و هوشمندانه. "

دنیای طبیعی منبع الهام بی پایان برای شاهکارهای مهندسی انسان است ، و در هیچ کجا به اندازه حوزه رباتیک مشهود نیست. حیوانات از راه رفتن ، پرواز و شنا کردن ربات های بزرگ الهام گرفته اند ، در حالی که در مقیاس میکروتوبوتیک ، رباتیک ها سلول های زنده و میکروارگانیسم های واقعی را برای انجام کارهای تحت کنترل رایانه مانند باکتری های مغناطیسی که می توانند داروها یا نوتروفیل های قابل هدایت به تومورها را به کار گیرند ، به کار می گیرند. . اکنون ، مهندس Xinyu Liu از دانشگاه تورنتو و همکارانش با تبدیل یک موجود زنده چند سلولی زنده به یک ریز ربات بیولوژیکی قابل کنترل ، یک گام فراتر رفته اند.

این ارگانیسم ، C. elegans ، یک کرم نماتد آزاد است که طول آن تقریباً 1 میلی متر است و در خاک ساکن است و یک ارگانیسم مدل بسیار مورد مطالعه در آزمایشگاه های جهان است. لیو می گوید که برنامه خاصی برای RoboWorm در ذهن ندارد. بلکه ایجاد آن "نمایش مفهومی" بود. اما ممکن است تحولات میکروتروبوتیک بیشتر را القا کند. ژانگ می گوید ، در حقیقت ، گرچه C. elegans در انسان ها زندگی نمی کند ، اما دارای خویشاوندان انگلی نزدیک است و شاید نسخه های بعدی RoboWorm می تواند استفاده های پزشکی داشته باشد.

برای تولید RoboWorm ، تیم لیو از گونه مهندسی ژنتیکی C. elegans استفاده کردند که در آن سلولهای عضلانی یک کانال یونی پاسخگو به نور به نام channelrhodopsin تولید می کنند. هنگامی که عضلات کرم با لیزر آبی روشن می شود ، کانال ها باز می شوند ، یون های کلسیم به سلول ها سرازیر می شوند و دستگاه انقباض فعال می شود. سیگنال های عصبی عضلانی خود کرم ابتدا با داروی ضد انگلی به نام ایورمکتین غیرفعال شد که حیوان را فلج می کند. مهندس سیلوین مارتل از Polytechnique Montréal که در مطالعه شرکت نکرد توضیح می دهد ، اساساً آنها کنترل های داخلی کرم را قطع کرده اند تا مانع از تداخل آنها شوند.

برای هدایت حرکتی در مقابل انقباضات عضلانی تصادفی ، این تیم ابتدا حرکات طبیعی کرم و فعالیت عضلانی را زیر میکروسکوپ مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. بر اساس این مطالعات ، آنها تعیین کردند که چگونه بدن کرم را هدف قرار دهند - با استفاده از یک میکروسکوپ تخصصی که می تواند پرتوهای لیزر دقیقاً الگویی را ارائه دهد - تا عضلات خاص را در الگوهای خاص فعال کند. اسکن این الگوی لیزر در طول کرم منجر به ایجاد موجی از انقباضات عضلانی شد که کرم را در حرکت مشخص S شکل یا سینوسی حرکت می دهد.

سپس این تیم سیستم هدایت RoboWorm را کاملاً خودکار کرد. الگوریتم های پردازش تصویر ، حرکات حیوانات را در زمان واقعی ردیابی کرده و داده ها را به الگوریتم هایی که موقعیت لیزر و الگوهای پرتو را کنترل می کنند ، باز می گردانند. به این ترتیب آنها می توانند کرم ها را به جلو ، عقب برانند و - با تغییر در شدت اشعه های خاص لیزر و در نتیجه قدرت انقباضات عضلانی خاص - حیوانات را از طریق انحناهای تدریجی یا تیز هدایت کنند و حتی آنها را دوبرابر کنند. به عنوان یک آزمایش نهایی از سیستم خودکار و کرم ها ، تیم کامپیوتر را برای هدایت کرم ها در یک پیچ و خم برنامه ریزی کرد.

گرچه ممکن است برنامه های کاربردی پزشکی در حال حاضر "خیلی دور از ذهن نباشد" ، لیو می گوید که او فکر می کند این سیستم برای مطالعه زیست شناسی طبیعی حرکت در نماتدها و همچنین برای کمک به طراحی ریز ربات های آینده مفید خواهد بود.

RoboWorm می گوید: "راهی جدید ، فرصتی جدید برای محققان برای پیشرفت در زمینه میکرووبوتیک" فراهم می کند. "این بسیار استقبال می شود. . . [و دارای] پتانسیل بسیار مهیج است. "