研究者たちは AI を使用してまったく新しい「動物ロボット」を設計しました

「ゼノボット」は、直径 1 ミリメートル未満の、自力で泳ぐ生きたロボットです。 これらは人工知能によって進化し、カエルの幹細胞から構築されており、新たな医療のフロンティアを開く可能性があります。

転写:

サム・クリーグマン：直径1ミリにも満たない、生きて泳ぐ自力ロボットです。

ダグ・ブラッキストン : つまり、一部の人々はテクノロジーを本当に非常に恐れていました。 それは彼らがこれまで見たことのない新しいものです。 他の人々は、人間のさまざまな病気を治療できる可能性に本当に興奮していました。

マイク・レビン: この種の仕事はいわゆる神のごっこだという考えを聞いたことがありますが、最も悲惨な状況にある人々から毎週電話がかかってきます。彼らは皆、すべての人々の生活を改善しようとする新しい科学を待っています。 。

ジョシュ・ボンガード ：ロボットですか？ そうではありませんか？ 彼らは生物なのでしょうか？ そうではありませんか？ 彼らは私たちにこれまでの区別を曖昧にすることを強いており、それによって私たちは世界を新しい方法で見ることができるようになるかもしれません。

クリーグマン: ゼノボットはコンピューターによって設計されており、私たちは実際の生きた組織から現実世界でそれらを構築しました。

レビン : これらをボットに呼び出すのには 2 つの理由があります。1 つは、これらの細胞を構成するカエルの名前が Xenopus Laevis であることです。 そこからゼノが生まれます。 ボットとはロボットを意味します。これは非常に興味深いバイオロボティクス プラットフォームだからです。

ボンガード ：横に隠されたリモコンはありません。 これらは遺伝子組み換えされていない細胞から作られていますが、AIによって作成されました。 そして彼らは間違いなく普通の動物ではありません。

リトゥ・ラマン : 生物学からの洞察が工学に取り入れられたり、その逆が行われるようになったのは、ここ数十年のことです。 この分野での最初の応用の多くは医療に非常に焦点を当てていたため、細胞をどのように組み合わせて医療応用のための代替組織や器官を作製するかを考えました。 しかしその後、彼らは自然界にまだ存在していないものを構築できるかもしれないということにさらに興奮し始めました。

ブラックイストン ：そして、それを極端に言うと、それがこのバイオボットプロジェクトの本当の原点です。 細胞を組み合わせて合成生物を一から構築できるでしょうか?

レビン ：実際には、素材とのコラボレーションという新しい種類のエンジニアリングです。 細胞や組織を扱うときは、実際に独自の目的を持った材料を扱うことになります。 それには好みがあり、特定の問題を解決する能力があります。 何が起こるかを正確に知っている場合、木や金属のようには動作しません。

ボンガード: 生きた細胞からロボットを構築するというこのまったく新しいアイデアは、本当に、本当に難しそうに思えました。

ブラックイストン：このプロジェクトの共同研究は2017年頃から始まりました。

クリーグマン : 当初の計画は、コンピューター科学者と発生生物学者を同じ部屋に集め、資金提供を受けて協力して、生物学からインスピレーションを得て、現実世界で機能する AI システムとロボットの作成を試みるというものでした。適応的な。 しかし、カエルの細胞からロボットを作ることについては何もありませんでした。 当時、私たちはコンピューターの中に仮想の生き物、体の一部を切り取ると変形して機能を回復できるソフトロボットを設計していました。

ブラックイストン : 研究をしている間、私はボンガード博士とクリーグマン博士のシミュレーションモデルを見ていました。 しかし、彼らがシミュレーターで構築していたものは、私たちがカエルの細胞で構築できるものと非常によく似ていました。 それでは、生物学的にある種の複製を構築できるでしょうか?

クリーグマン ：それが可能になるかどうかは本当にわかりませんでした。 私ならダグを無視して、「そうだね、やってみなさい」と言ったかもしれない。

レビン : ダグが最初に、ジョシュとサムが作ったさまざまな形を作ることができると言ったとき、私は彼ができると信じていました。なぜなら、これらの細胞は何かを作るために一緒に働くことに本当に意欲があるからです。 彼らは、本当に仕事を成し遂げるために、あらゆる種類の変化、あらゆる種類の実験的摂動に適応できます。 たとえば、彼は尻尾に目があるオタマジャクシを作成し、これらの細胞が視覚を持っていることを示しました。

ブラックイストン : それで、モジュール化というアイデア、つまりレゴのように動かして別の場所に再接続できる動物の部分に興味を持ちました。 そしてそれを極端に考えると、開発中のカエルの一部を取り出して、まったく新しいものをゼロから構築することになります。 それで、私が「そんなことはあり得る」と言ったら、おそらく冗談だと信じたのだと思います。 そして実際、それは挑戦を投げかける科学者に対するものです。 それで、今度はそれを構築する必要がありますよね？ この技術が存在することを彼らに見せてやる。

ボンガード: 私たちには知られていませんが、ダグはサムの作品の 1 つを作成するために、顕微鏡の下でカエルの組織を非常に慎重に組み立てる 1 週間を費やしました。

クリーグマン ：正直、最初は何を見ているのかよくわかりませんでした。 これが単なるパーティーのトリックだったとしても、それは完全に予想外でした。 そして、シミュレーションで見た動きを実際にコピーできれば、これらのシステムをシミュレーターで設計し、現実に構築できるだろうということに気づき始めました。 それはとても刺激的でした。

ボンガード : ダグは素晴らしい才能を持っていますが、それでも 1 ミリメートルサイズのゼノボットを作成するのに約 4 時間かかります。 AI は、スーパーコンピューター上で数時間、数日、または数週間かけて何十億もの候補設計を作成できることが判明しました。そのほうが、ダグが構築できる興味深い有用な設計を見つけるのにはるかに効率的です。

クリーグマン : この種の設計プロセスは、ダーウィンの進化論と自然選択からインスピレーションを得て、それをロボットに適用します。 何が起こるかというと、これらの構成要素をコンピューターに供給することになります。 ブロックが 1 つあり、それは一種の収縮と拡張を繰り返します。 これは心臓組織をシミュレートしており、単なる受動的なカエル細胞である別のブロックがあります。 そして最初に、コンピューターがブロックをランダムに組み立ててランダムなデザインを作成し、その後、行動目標を提供します。 システムは何をすべきでしょうか?

ボンガード : 最初の実験で私たちが始めたのは、シャーレの底に沿って歩くミリメートルサイズの機械が欲しいということでした。 基本的に、スーパーコンピューターはパフォーマンスの悪いクリーチャーを削除し、ランダムに変更された生き残ったクリーチャーのコピーを作成します。

クリーグマン : そして、何世代にもわたって、このロボット設計集団は目的をより良く達成していきます。 形状、材料特性、制御システムを進化させることができます。 そしてこれにより、私たちは何十億年もの進化を一度に経験することができます。

ボンガード: しかし、最終的には、数人のチャンピオンを取り戻し、そのうちのどれが現実化できるかを確認します。

ブラックイストン : サムは毎週、家具やレゴを組み立てているかのように、特定の機能を実行する形状のモデル、基本的には青写真を提供してくれます。 つまり、すべては生後 24 時間の発育中のカエルの胚から始まります。 そしてこの段階では、すべての細胞はまだ幹細胞です。 STEM 細胞は、皮膚や内臓など、あらゆるものになることができます。

しかし、私たちは胚のこれらのさまざまな領域をマッピングした地図帳を持っています。 そこで私は、その後 24 時間かけて、顕微手術器具を使用して、非常に慎重に胚のさまざまな部分を採取し、さまざまな山に集めました。 したがって、これらの細胞は本来粘着性を持っています。 したがって、ばらばらの幹細胞を取り出して束ねると、時間の経過とともに接着して球体になります。

したがって、あなたが非常にトリッキーで慎重で、非常に優れた運動能力を持っている場合は、内部にあらゆる種類の異なる組織が入っている球体を取り出し、それを彫刻して何らかの形を明らかにすることができます。木材。 生物学はすべてこれほど厳しく厳格な学問であり、創造性や美しさ、芸術性など存在しないという誤解があると思います。

接眼レンズを覗き込んで、これまで誰も見たことのないものを構築するのは、信じられないほど素晴らしく、リラックスできます。 しかし、自然には生成されない形状を生成することも科学にとって重要です。

ボンガード ：そして、それを擁護できるようになるまでさらに1年ほどかかりました。 進化のアルゴリズム、夢やデザインと、私たちが現実に得ているものとの間には一致がありました。 初期のデータを入手した瞬間、私は机から立ち上がり、手が震えながら、これが可能であるという意味をただ吸収しました。

レビン : 初めてこれらの生き物を見たとき、私は本当に衝撃を受けました。 彼らは自発的な動きを持っており、集まって、グループ内で非常に複雑な相互作用を行います。 彼らは自分自身を癒すことができます。 つまり、ほぼ半分に切ると元に戻りますが、それは単なる始まりにすぎません。

ブラックイストン : つまり、私が研究室で作った最初のデザインは心臓を使ったものでした。 つまり、これらは心臓の細胞です。 そして、陣痛を乗り越えて、彼らは歩きました。

クリーグマン：しかし、最終的には繊毛に切り替えました。

ブラックイストン：つまり、これらは体の外側にある小さな毛のような構造物です。

クリーグマン : より速い動きを生み出します。 そして、繊毛を使うことで、ロボットは這う代わりに泳ぐことができるようになります そして、ダグは、自分が作ったゼノボットの動きを視覚化しようとして、染料の粒子を皿の底に置きました そして、私たちが気づいたのは、染料の粒子が山を作る傾向があるということでしたその結果、より優れたブルドーザーになるように設計できるのではないかという考えに至りました。

ブラックイストン : そして、それはあらゆる種類の興味深い機械的な作業に活用できる興味深い動作です。 しかし、マイク レビンは、これらの粒子が幹細胞に置き換えられたらどうなるかというアイデアを持っていました。 つまり、これがバイオボット自体の材料であるということです。

クリーグマン : そして、もしゼノボットが十分に大きな細胞の山を作れば、それらの山自体が小さな子供のブルドーザーを形成する可能性があります。 したがって、私たちが知っている他のすべての生命システムとは異なり、ゼノボットは成長によって再生産しません。 私たちは彼らに追加​​の建築材料を与えると、倉庫の中のロボットのように、彼ら自身のコピーを構築するための材料としてくっつきます。

ブラックイストン: つまり、最初の世代を C 字型として開始しただけで、作成される球体ははるかに大きくなり、より大きな子孫が作成され、5 ～ 6 世代を取得できるようになりました。

ボンガード : 制御されない自己複製は望ましくありません。 それは危険なことです。 しかし、ロボット工学者にとって、ゼノボットが自己複製できるという認識は非常に大きなことです。なぜなら、ロボット工学者は非常に長い間、自己複製する機械を作ろうとしてきたからです。これを生きた材料で行うと、突然ずっと簡単になるようです。

ブラックイストン: このプロジェクト全体の中で私が最も不意を突かれた点は、世間の反応でした。

ボンガード : 多くの世界的なメディアがこれを大きな進歩と捉え、その後ソーシャル メディア上で意見が大量に噴出しました。 恐怖、被害妄想、興奮。

ブラックイストン ：それはただ暴れただけです。 世界中の国からツイートやインスタグラムの投稿、ニュース記事が寄せられていました。

ボンガード: ゼノボットが研究所から逃げ出し、制御不能になって複製する可能性があります。

レビン : さて、多くの人は、これは自然なものではないし、いわゆる作るべきではないものだと言うでしょう。 しかし、他の生物学的実験と同じように、何かを行う前に考えることが非常に重要であるのと同じように、私たちはこの倫理を本当に理解する必要があります。

キャロリン・ノイハウス ：初めてゼノボットに関する記事を読んだとき、生命倫理学者としての私の反応は、これらを皿の中の他の組織と道徳的に異なるものとして見るのは非常に難しいということでした。 私たちが普段培養している細胞とは違うのは、ある種の使命を与えられているからだと理解しています。 どのような操作が行われても、動物が環境とどのように相互作用するかにはまだ影響を及ぼしません。

この研究で生み出された知識や技術を使って人々が凶悪なことを行う可能性があることに常に注意を払う必要があります。 しかし、細胞でできたロボットがあると一般の人が読んだとき、人々が反応するのはそうではありません。 「ああ、フランケンシュタインを思い出した」と人々が考えるのは、ある意味間違っているとは思いません。

科学者が研究室で制御できないものを作るというあの比喩に人々が戻り続けているのも不思議ではありません。なぜならそれはポップカルチャーの中に常に存在するものだからです。 それは私たちの信念や意見に影響を与える一種の社会的想像の中にあります。 繰り返しますが、この場合はそうなりませんが、正確に何が作成されたのかについての明確さと確実性の欠如が、それを読んだ人々の否定的な反応を確実に煽っていると思います。

したがって、生物の定義については科学的なコンセンサスはなく、ロボットとは何かについてもコンセンサスはありません。 用語に関する曖昧さは、道徳的な不確実性と道徳的な曖昧さを生み出します。 何が起きてる？ それは何ですか？ それが最後の言葉であるのは間違いです。 それは、私たちが創造した生き物に対して私たちが何を負っているのかを計算するための 1 つの入力です。

研究に対してどのような保護措置や監視が必要でしょうか? そしてそこからどこへ行くのでしょうか？ 現時点で必要な会話です。

レビン : アダムがエデンの園の動物に名前を付けた古い話をとても思い出します。 それは、私たちがこれら他の存在との関係を確立するためにどのような基準を使用するのかを理解する必要があるという考えです。 そしてその観点から。 これは、今後非常に多くなるであろうロボット工学による新しいタイプの合成生物の本質を実際に見つけるという新しい科学への第一歩です。 そして今後数十年で、それらは私たちの周りに現れるでしょう。

ラマン : この分野ではまだ取り組まなければならない課題がかなりあります。 私はマサチューセッツ工科大学の機械工学の教授で、私の研究室では、バイオハイブリッドと呼ばれる機械の構築方法を特に研究しています。これは、機械の一部が生物学的であり、一部が合成材料で作られているためです。 私たちが構築している生物学的ロボットは筋肉組織によって動かされており、筋肉が収縮するたびに動きのように見えるものを得ることができます。

ピンクのゼリーのような輪ゴムのような実際の筋肉組織は、青い光を当てると筋肉が収縮するように遺伝子操作されたマウスの骨格筋細胞を使って形成されました。 私たちが今本当に考えているのは、運動ニューロンなどの他の細胞タイプをどのようにして取得し、そのニューロンを筋肉内で成長させ、筋肉の一部をオンまたはオフにする機能的な接続を形成できるかということです。それは、幹細胞の塊をあらゆる種類の形状にプログラムすることです。

レビン : この 1 つの質問に対する答えは、これらの細胞に何か違うことをさせるためにどのような種類の信号を与えることができるか、ということです。これが、人間の健康を大幅に改善するための実際の入り口となります。 先天異常、外傷、癌、変性疾患。 細胞に何を構築するかを指示する能力があれば、これらすべてのことは解決できるでしょう。 これがどのように機能するかを理解すれば、細胞に望み通りの構造を構築させることができることを示すことで、これをゼノボットでテストすることができます。これは、体内でがん細胞を探し出して再生修復する再生医療に直接つながることになります。

そして、はっきり言っておきます。 もちろん、実際にはカエルの細胞から作られた人が人間の体になるとは思いません。 しかし、人間の医療に向けて進むにつれて、次のステップは哺乳類、そして最終的には患者自身の細胞からこれらを作ることになるでしょう。

ラマン : 体内に入り、誰かの健康を回復するために機能的なタスクを実行できる、完全に生物学的なロボットを作成します。 彼らの生活の質は確かに可能性の範囲内にあります。 しかし、最終的には、さまざまな問題に対処できるロボットが必要です。

ボンガード: 私たちは、ますます複雑で便利な、おそらくは汎用のバイオボットを夢見る、ますます強力な AI を作成できると楽観的に考えています。

クリーグマン: したがって、ロボット工学の観点から見た次のステップは、センサーを追加して、刺激に近づいたり遠ざかったりできるようにすることです。

鍛冶屋 : 私たちは、あらゆる種類の環境信号にインテリジェントに反応するシステムを設計したいと考えています。 したがって、環境中の汚染物質を感知するセンチネルバイオロボットを作成し、それを回収すると、地元の水路で何が起こっているかを生物学的に読み取ることができると想像できます。

ボンガード ：私たちの前には、たくさんの技術的な課題もあります。 私たちがやりたいのは、良くも悪くも、ダグを数百万、おそらくは数十億のバイオロボットを送り出すことができるバイオ製造施設に置き換えることです。 そうすれば、このテクノロジーをスケールアップできるかもしれません。 しかし、それらの最も重要な長期的な意味は、それらが新しい科学機器であるということだと思います。 これらは新しいタイプの望遠鏡または顕微鏡です。

鍛冶屋: それで、私たちは、細胞が集合して人間の病気を治療するために使用する基本的な規則のいくつかを実際に理解するために、これから派生したまったく別の研究プログラムを持っています。

レビン: そしてもちろん、私たちは細胞の集合体がさまざまな空間の問題をうまく解決できるようにするには何が必要か、と尋ねることによって、彼らの認知能力を強化しようと試みるつもりです。

クリーグマン : 単なるモーターのボールからボールや別の形状のセンサー、メモリ、モーターに移行するにはどうすればよいでしょうか? そして、もしかしたら、より高いレベルの認知を学習して発揮できる何かを達成できるかもしれません。

ボンガード: それは神経学的知能の基礎を理解するのに役立ちます。

レビン ：考えてみてください。 私たちは皆、かつては単細胞生物でした。 それまで私たちは細菌でした。 そして今、あなたと私は、自分自身の記憶、希望、好みを持つ、統合された集中化された知性であるように感じます。 魔法の稲妻が「分かった、以前はただの化学と物理学だったけど、さあ、今ではあなたは認識能力のある生き物だ」と言った時代はありませんでした。 そんなことは起こらない。

私たちは生命のテープを地球に巻き戻すことはできませんが、ゼノボットを作成して、小さくて有能なサブユニットがどのように連携してより大きな心を形成するのかを問うことはできます。 それはおそらく、私たちが直面している最も深いパズルです。

鍛冶屋: 設計プロセスには時々魔法が関与しているように感じますが、これらの疑問がどんどん大規模な研究プログラムに渦巻き始めると、非常に大きな問題に感じることがあります。

レビン : ここには、既知の境界を実際に超えている非常に多くの質問があります。それら自体が、生物、動物、ロボットの私たちの定義をすべて破壊しているからです。 これらの用語はどれも、現在では本来の意味では適切ではありません。 しかし、私たちがここで多くの未知の端に立っているのは間違いありません。 それは非常にエキサイティングです。

クリーグマン: AI はタンパク質のような生物学的システムの一部を設計できるだけでなく、これまで地球上に存在していたものとは見た目も動作もまったく異なるまったく新しい種類の生物を設計することもできます。

ボンガード: 母なる自然はここ地球上で 35 億年間活動しており、その計り知れない創造的能力にもかかわらず、彼女が探索したのはモルフォ空間、つまり考えられるすべての生物の空間の、非常に、非常にほんの一部だけです。それは美しいことでしょう。そして、目を大きく開いて、ありのままの人生を理解するだけでなく、ありのままの人生を理解することは美しく、素晴らしいことです。