カエルの生きた細胞だけを使った「生ロボット」の作成に初成功

biology 2020/01/14
画像は4本脚版のゼノボット。大きさは1mm程/Credit:PANS
point
  • 100%生きている細胞で生体ロボット「ゼノボット」が開発された
  • 細胞は全てカエルの受精卵から採取された
  • ゼノボットは人間のプログラムした以外の行動が行えず、プログラムを死ぬまで忠実に実行する

用途別にプログラムと再設計が可能な生体ロボットは、これまでSFの専売特許でしたが、ついに現実世界でも実現しました。

100%生きている細胞からできており、プログラム通りに自律運動が可能な生きてるロボット「ゼノボット」の開発に成功したのです。

ゼノボットは細胞で構成されているために生き物 とも言えますが、機械のように人間が決めたプログラム以外の行動が一切行えません

全ての細胞は死に絶えるまで、なんの疑問も感じずに人間のプログラムどおりの動作を反復します。

この生物機械はバーモント大学で進化ロボティクスの研究をしているジョッシュ・ボンガード氏と、タフツ大学の生物学者マイケル・レビン氏らの研究グループが、1月13日、学術雑誌「PANS」にて発表しました。

A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms
https://www.pnas.org/content/early/2020/01/07/1910837117

ゼノボットは生き物なのか? ロボットなのか?

ゼノボットはカエルの受精卵を分解したものを材料にして作られる/Credit:pixabay

ロボット工学者のジョシュア・ボンガード氏はゼノボットについて

「これらは、従来のロボットでも既知の動物種でもありません。これは人工の新しい区分です。つまり、プログラム可能な生命です」と述べています。

ゼノボットの細胞の遺伝子は疑いもなくカエルのものです。

名前の「ゼノ」の部分も、アフリカツメガエルの学名である「Xenopus(ゼノーパス)」からとられています。

ゼノボットの個々の細胞は生命活動を行っており、酸素を利用した呼吸をし、細胞内に蓄えた栄養を代謝し、最後は飢えて死にます。

ですが、ゼノボットの形は人工的に組み上げられており、カエルの面影は全くありません。

その行動も生身のカエルと違って、ゼノボットは人間が設定したプログラムに逆らうことはできません

唯一の存在理由は機械と同じく、人間の指示通り働くことなのです。

ゼノボットの設計

多くのシミュレーション結果を元に実際組み立てを行う/Credit:PANS

ゼノボットを作るにあたり、研究者たちはまず、単純な直線移動が可能な、基本モデルを「進化的アルゴリズム」を用いて設計しました。

進化的アルゴリズムによる設計とは一種のシミュレーションです。

仮想空間においてランダムな細胞の配置がなされた塊を作り出し、その中で偶然運動能力を持った細胞塊をベースに(他は消去される)次世代を形成させます。

その次世代のなかから、さらに優秀な運動能力を持つものを選別します。

この過程を繰り返すことで、擬似的な適者生存のルールをプログラムに当てはめる方法です。

また研究者たちは初期設定に仕様される細胞の塊を均一な細胞ではなく、皮膚と筋肉を混ぜた形に設定しました。

外郭を作る皮膚と駆動体である筋肉は、生体ロボットを作るには最低限、必要な細胞だと判断されたからです。

コンピューター内部の仮想空間で100世代が過ぎた頃には、4本脚の動物から頭と尻尾と前脚を取り除いたような、胸と後ろ足だけを持つ2本脚の奇妙なデザインの細胞塊が、最適解として選抜されました。

シュミレーション通りに組み立ててみた

材料の分解と組み立ては手作業/Credit:PANS

次に研究者たちは、シミュレーションで得られたデザインの通りにカエルの細胞を配置することにしました。

配置に使う細胞はそれぞれカエルの胚から摘出した、皮膚と筋肉の2種類の幹細胞で、それらを極小のピンセットと、電極フィラメントのワイヤーを使用して切り出し、デザイン通りにそれぞれの細胞を再配置して、実際の運動を観察しました。

結果は大成功で、ゼノボットはシミュレーションの結果通りの動きを始めました。

さらに、ゼノボットの細胞は、人工的に組み合わされたにもかかわららず、本物の生物にみられるように相互に連携をはじめました。

皮膚細胞は他の細胞を支えるように働き、筋細胞の収縮はゼノボットを運動させるために協調して動き出したのです。

細胞の塊であるゼノボットには口が存在しないために栄養補給ができませんが、細胞のエネルギーが尽きて死ぬまで、最大1週間、水の中を動き回ることができます。

またゼノボットには高い再生力があり、ナイフで体長の半分にも及ぶ傷を与えられても、自己再生可能です。

目的別にプログラムしてみた

Credit:PANS

基本モデルは直進だけするように設計されましたが「もっと複雑な動きも可能ではないか?」と、研究者は考えました。

そこで、今度はパラメーターを書き換え、小さな荷物を1点に押し込んで動かないようにするシミュレーションを行いました。

そして得られた設計図通りに、再び細胞を組み合わせ、荷物操作を目的としたゼノボットを組み上げました。

結果は今度も大成功で、ゼノボットの細胞はお互いに連動して、小さな荷物をエネルギーが尽きるまで押し続けようとしました。

さらにプログラムを改良することで、荷物操作ゼノボットは特定の場所から荷物を排除したり、逆に荷物を集めたりすることも可能となります。

研究が進めば、動脈硬化を起こした血栓も、この荷物操作型のゼノボットで治療できるでしょう。

またゼノボットの内部にドーナッツ状の空洞を作り、内部の空洞に荷物を抱え込んで運搬を行うプログラムも、有効に働きました。

こちらの運搬ゼノボットは、体内の目的地まで内部の荷物を保護したまま輸送することが可能で、患部に直接薬を届けるスマートドラッグの仕組みなどに使えると思われます。

プログラム可能な生命には、医療分野をはじめ幅広い活用が期待されているのです。

じゃない!©KONAMI/KOJIMA PRODUCTIONS

また研究者は、ゼノボットの材料に、皮膚や筋肉だけではなく、中枢神経の細胞を使うことを考えているとのこと。

現在この研究は、米国国防高等研究計画局(DARPA)によって資金提供されています。

どうやら軍は、プログラム可能な知的有機生命体の軍事利用に興味があるようです。

将来、生命でもロボットでもないゼノボットを、人類がどのように利用するのか、興味が絶えません。

フォックス…!」「ダーイ…… …じゃない!」

音を「聞かせる」ことで“がん細胞”だけを殺す技術が開発される

reference: theguardian / written by ナゾロジー編集部

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