Små klumper aker seg rundt i petriskåla. De sirkler rundt hverandre, samler opp rusk og rask og lager spor. Det kan se ut som det er knøttsmå dyr som holder på.

Men det er ingen hjemme i skåla. Disse organismene har ikke noe nervesystem eller sanser. Likevel kan de bevege seg, reparere seg selv og oppføre seg uventet.

Klumpene består bare av to ting: hjerteceller og hudceller. De er under en millimeter store. Møt verdens første biologiske robot: xenobot.

- Dette er nye, levende maskiner, sier Joshua Bongard, professor ved University of Vermont, og en av forskerne bak de bevegelige celleklumpene.

- De er verken en tradisjonell robot eller en dyreart. De er en ny klasse: en levende, programmerbar organisme, sier Bongard i en pressemelding.

Froske-DNA

Det er forskere fra amerikanske Tufts University og University of Vermont som har laget skapningene. Studien er nå publisert i det vitenskapelige tidsskriftet PNAS.

Klumpene består av celler fra en frosk av typen Xenopus laevis. «Xeno» betyr i tillegg fremmed på gresk. Altså et passende navn på den nye tingen.

- De består av 100 prosent froske-DNA. Men de er ikke frosker, sier Michael Levin i pressemeldingen.

Han er en av forskerne bak eksperimentene og direktør ved Center for Regenerative and Developmental Biolog ved Tufts University.

Forskerne tror at vi kan få bruk for roboter som er laget av organisk materiale heller enn av metall. Når de har gjort nytten sin kan de råtne og bli borte. De forurenser ikke, kan reparere seg selv og være tryggere å sette inn i kroppen.

- De kan søke opp utrivelige kjemikalier eller radioaktiv forurensning, samle mikroplast i havet eller reise i blodårene for å skrape vekk plakk, sier Levin.

Under ser vi den ene roboten bevege seg. De aktive hjertecellene på undersiden sørger for det.

Superdatamaskin knakk nøtten

Hvordan få en celleklump til å bevege seg?

Når froske-hjertecellene får ordne seg slik de vil, så slår de i takt. Men når de tas fra hverandre så slår de i sin egen rytme.

Forskerne ville bruke denne bevegelsen til å drive roboten fremover. Hjertecellene ble da hjul og motor, mens hudcellene utgjør resten av «fartøyet» og støtter opp.

Men hvilket design er best? Forskerne lot en superdatamaskin bryne seg på nøtten.

Datamaskinen fant på tusener av måter og sette sammen hjerte- og hudceller på, og testet dem i en simulert petriskål. Det gjorde den ved å bruke en såkalt evolusjons-algoritme. Den forkastet de som ikke beveget seg og virkeutviklet de som fungerte. Til slutt stod den igjen med noen vinnere.

- Oppførte seg som små gjeterhunder

Mikro-kirurg ved Tufts University, Douglas Blackiston, satte sammen cellene slik datamaskinen foreslo. Og ganske riktig; de begynte å bevege seg der oppe i skåla, akkurat slik superdatamaskinen hadde sett for seg.

Noen spant rundt i ring, noen gikk sakte rett frem.

Det kom også overraskelser, forteller Joshua Bongard i radioprogrammet Quirks & Quarks på canadiske CBC Radio One.

- Hvis vi tilsatte små pellets i skålen, så oppførte svermen med xenobots seg som veldig små gjeterhunder. Sammen så dyttet de pellets rundt. Gradvis ble det til små hauger, sier Bongard.

- Hvorfor de gjør det er fremdeles et komplett mysterium for oss.

Xenobotene kan også reparere seg selv etter å ha blitt skadet. Mikrokirurgen delte dem nesten i to, men de sydde seg selv sammen igjen.

Forskerne synes først dette var merkelig, men med nærmere ettertanke så er det ikke så rart at biologisk vev har lært seg noen triks etter flere milliarder år på jorda.

Forskerne tror at arbeid som dette kan bidra til mer forståelse av hvordan celler kommuniserer i en organisme.

- Spennende

Kai Olav Ellefsen er førsteamanuensis ved Universitetet i Oslo og forsker på robotikk og intelligente systemer. Han er godt kjent med studien og sier at den fikk mye fortjent oppmerksomhet i fagmiljøet da den kom ut.

- Dette er kjempespennende, og demonstrerer en helt ny type roboter: Roboter som kun er laget av biologisk materiale – og likevel lar seg programmere, skriver Ellefsen på e-post til forskning.no.

- Er det et problem at roboten ikke kan styres, bare designes til å bevege seg på en bestemt måte?

- På en måte kan xenobotene programmeres, men ikke helt som andre roboter. Disse robotene optimaliseres til å nå et bestemt mål, som for eksempel å bevege seg raskest mulig eller å samle sammen «skrot» i miljøet sitt. Optimaliseres robotene til en ny oppgave, får de en kroppsfasong og virkemåte spesielt tilpasset denne oppgaven.

- Foreløpig er det veldig begrenset nytteverdi i robotene i denne første studien – men dette er teknologi på et tidlig stadium som potensielt kan brukes på måter vi foreløpig ikke kan se for oss.

Kunstig liv

Stipendiat ved UiO, Tønnes Nygaard, ved er også kjent med forskningen på den nye bio-robotene. Hans faglige interesser er blant annet evolusjonær robotikk og kunstig intelligens.

- Dette er en meget spennende start. Hovedfokuset til artikkelen er jo å vise litt hva man kan få til, og å begynne å beskrive en slags metodikk for å utføre slike type forsøk på biologiske organismer. Målet deres er å automatisere prosessen mest mulig så man kan gjøre dette mer effektivt, noe som vil åpne opp store muligheter videre, skriver Nygaard på e-post til forskning.no.

Han sier at forskerne jobber i krysningspunktet mellom biologi og robotikk, et felt ofte referert til som kunstig liv.

- Enkeltteknikkene de bruker er ikke nye, men måten de har satt alt sammen på til et fullt system kjenner jeg ingen som har gjort tidligere. Selv om organismene foreløpig er veldig enkle, er det helt klart en terskel de har klart å komme over, og det blir veldig spennende å se hva de får til i tiden som kommer.

Nygaard tror at robotene har potensial til å komme til nytte, selv uten aktiv styring.

- De kan levere medisiner inni menneskekroppen eller utføre ulike enkle medisinske inngrep. Ved å legge til en form for styring vil de kunne brukes i enda flere felt, men det spørs da om man kan få styringen effektiv nok til å konkurrere med ikke-biologiske systemer.

Lage de større eller gjøre at de kan formere seg

Både Ellefsen og Nygaard ser for seg at en interessant utvikling videre kunne være å øke størrelsen.

- En større robot kan potensielt gjøre flere oppgaver. Men trolig vil enn større, biologisk robot være mye vanskeligere å bygge, og potensielt kreve et skjelett, blodomløp og så videre. En annen interessant retning er å gjøre robotene mer programmerbare, sier Ellefsen.

Nygaard nevner også muligheten for å legge til rette for at de kan formere seg, og at det dermed blir lettere å lage mange.

- Ellers er det jo selvfølgelig mye spennende muligheter i å kombinere biologiske og ikke-biologiske systemer, men etter hvert som arbeidet går fremover vil det nok også være en del etiske problemstillinger som må tas hensyn til.

I en artikkel i The Conversation reflekterer to forskere innen digital etikk over hvordan det kan bære galt av sted. Biologiske roboter i feil hender er en av farene. Eller at de reproduserer seg i hopetall og kommer ut av kontroll.

Men det er nok en stund til vi behøver å bekymre oss for det.

Referanse:

Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin, and Josh Bongard: «A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms», PNAS, 28. januar 2020.