Kendini Kopyalayan İlk Canlı Robotlar : Xenobot
Geleceğin biyoteknolojisi, canlı organizmalar ve yapay zekânın birleştiği yeni bir döneme giriyor. Bu dönemin en dikkat çekici yeniliklerinden biri de kendini kopyalayan ilk canlı robot: xenobot. Vermont Üniversitesi ve Tufts Üniversitesi’nde görevli bilim insanları, Afrika pençeli kurbağası (Xenopus laevis) embriyolarından alınan hücreleri kullanarak kendi kendini kopyalayabilen, iyileştirebilen ve belirli görevleri yerine getirebilen biyolojik robotlar geliştirdiler.
Xenobot Gelişim Süreci
Xenobotların gelişim süreci, biyoloji ve yapay zekânın sınırlarını yeniden tanımlayan çığır açıcı ilerlemelerle dolu. 2020 yılında başlayan bu süreç, basit biyolojik yapılardan kendini kopyalayabilen mikro robotlara doğru gelişti. Her yeni versiyon xenobotlara daha gelişmiş yetenekler kazandırdı. Temel hareket yeteneklerinden kinematik üreme becerisine uzanan bu dönüşüm, xenobotların geleceği hakkında ilginç ipuçları veriyor.
Xenobot 1.0
Bu biyolojik makineler, öncelikle var olan bir canlının sadece hücrelerini alıp onları yönetebilme mantığına dayalıydı. Bu sebeple bilim insanları Xenopus laevis kurbağasına ait kalp kası hücresi ve deri hücresini birbirine yapıştırarak yeni bir form elde etme amacıyla çalışmalara başladılar. Devamında bu hücrelerin binlercesini birbirine yapıştırarak yeni bir organizma elde ettiler. Xenobot 1.0 adı verilen bu canlılar kalp kası hücreleri sayesinde hareket edebiliyor, deri hücreleri sayesinde etrafıyla etkileşime girebiliyordu. 100 adet bağımsız simülasyon sonrasında tespit edilen en başarılı form, laboratuvar ortamında canlandırıldı. İlk Xenobot, erken evre kurbağa embriyolarından elde edilen 1 milimetreden küçük boyutta doku hücreleri ve kalp kası hücrelerinden oluşmaktaydı.
Bu yöntem doğal bir akışa sahip değildir. Çünkü hücrelerin insan eliyle yapıştırılması yapay bir süreci temsil ediyordu. Doğada ise her şey atomların molekülleri, moleküllerin de yapı taşlarını inşa etmesiyle var oluyor. Xenobotların oluşumu esnasında da hücrelerin doğal gelişim süreçlerinden ödün verilmemesi gerekiyordu. Öyle de oldu.
Xenobot 2.0
2021 yılının Mart ayında yaptıkları çalışmada bu sefer kurbağa yumurtalarındaki kök hücreleri kullandılar. Kök hücreler, birçok farklı hücreye dönüşebilen özel hücrelerdir. Fakat bu çalışmada, hücrelerin gelişimine engel olmak için onları diğer kurbağa hücrelerinden ayırdılar. Böylece binlerce kök hücresinin bir araya gelerek yeni bir organizmaya dönüştüğünü gözlemlediler.
Yüzeyle temas eden kök hücreler, deri hücresine benzer hücrelere dönüştüler ve sil denilen yapıları ürettiler. Bu sayede hareket etmek için kalp kası hücrelerine ihtiyaç duymayan ve kaydedilebilir hafıza yeteneğini gösteren yaşam formları oluştu. Bu yeni nesil Xenobot’lar daha hızlı hareket edebiliyor ve farklı ortamlarda gezinebiliyordu. Ayrıca ilk versiyonlarına göre ömürleri daha uzundu. Bununla birlikte gruplar halinde çalışma ve hasar gördüklerinde kendilerini iyileştirme yetenekleri de bulunmaktaydı. Yani kurbağa hücreleri bambaşka bir yapıya dönüşmüş, Xenobot 2.0 ortaya çıkmıştı. Artık kolektif bir şekilde bazı görevleri yerine getirebilecek durumdaydılar. Fakat istenen seviyede çoğalamıyorlardı.
Xenobot 3.0
En nihayetinde Xenobotların kontrolü, şekillerinin kontrolü ile alakalı. İşte tam da bu noktada yapay zeka devreye giriyor. Bir Xenobot’un şeklini değiştirdiğinizde ne olacağı, istenen sonucun nasıl elde edileceği her zaman sezgisel değildir. Bu konularda bilgisayar simülasyonları, günler veya haftalar içinde milyarlarca şekil ve boyut seçeneğini değerlendirir. Araştırmacılar buna bağlı olarak simülasyonlardaki Xenobotların ortam varyasyonlarını değiştirir. Gelecek vadeden şekiller, boyutlar ve ortamlar daha sonra laboratuvar koşullarında teste tabi tutulmaktadır. Uzun süren çalışmalar sonucunda Arcade oyunlarındaki Pac-Man‘e benzeyen bir organizma ortaya çıkmıştır.
Tavsiye İçerik : ‘Makine Öğrenimi Nedir? Nasıl Çalışır?’
Tufts araştırmacıları fiziksel organizmalar yaratırken, Vermont’taki bilim insanları Xenobot’ların farklı şekillerini modelleyen bilgisayar simülasyonlarını çalıştırmakla ilgileniyorlardı. Vermont Üniversitesi’nden Josh Bongard ve Sam Kriegman, evrimsel bir algoritma kullanarak Xenobotları yüz binlerce rastgele çevre koşulunda simüle etmişti. Bu simülasyonlar, parçacıklarla dolu bir alandaki yığınları toplamak için birlikte çalışabilen Xenobotları belirlemek için kullanılmıştır. Görüldü ki, yeni Xenobotlar bir önceki versiyonlarına göre daha hızlı çoğalıyor ve karmaşık görevlerde iş birliği yapabiliyorlar.
Xenobotlar Nasıl Çoğalıyor?
Pac-Man’e benzeyen ve Xenobot olarak bilinen bu hücre grupları, kendi kendini kopyalayabilen ilk biyolojik robotlardır. Bu robotlar mitoz ya da mayoz bölünme ile çoğalmıyor. Bulundukları ortamdaki kök hücreleri ağız benzeri yapılarıyla sıkıştıran Xenobotlar, bunun sonucunda bebek Xenobotları meydana getiriyor. Bu kopyalama süreci oldukça hassas olduğundan, şimdiye kadar yalnızca kontrollü laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Araştırmacılar bunun biyolojik temelli robotlar için yeni umutlar sunacağını umuyor.
Cevabı merak edilen en önemli sorular, Xenobot hücrelerinin karmaşık davranışlar üretmek için nasıl iletişim kurduğu ve bunun nasıl kontrol edilebileceğidir. Xenobotlar, hem canlı bir varlıktır hem de araştırmacıların belirli davranışları göstermek üzere programlayabileceği bir makinedir. Kurbağa hücreleri kendi başlarına özel değildir. Kolektif olarak ortaya çıkardıkları davranış ise dikkat çekicidir.
Xenobot’lar yapay sinir ağları veya silikon çipler içermezler. Araştırmacılar bu yapıya bir şekil vermek ve öngörülebilir davranış yaratmak için yapay bileşenler yerine hücreler ve dokular kullanmıştır. Kök hücrelerden oluşturulan dokularla robotik bir yaşam formu ortaya çıkarılır ve çeşitli görevler için programlanırlar. Tam olarak ne geleneksel bir robot, ne de bilinen bir hayvan türü… Yaşayan, programlanabilir bir organizma olarak değerlendirebiliriz. Tabi bir organizmayı programlamak, komut girmek kadar kolay değil.
Kendi Kendine Çoğalabilen Xenobotlar Kontrolden Çıkar mı?
Böyle bir endişe tamamen yersiz. Zira uzun yıllardır ekipte yer alan ve Xenobotların geliştirilmesini sağlayan Sam Kriegman ‘Xenobotların yer aldığı ortamın üzerine hapşırmanız dahi çoğalmalarını engeller’ ifadesini kullanmıştır. Bu da Xenobotların aşırı hassas bir yapıda olduğu gerçeğini ortaya koyuyor. Dolayısıyla Xenobotlar hakkında tam anlamıyla göreve hazır demek için henüz çok erken.
Xenobotlar İnsanlık İçin Ne Gibi Fırsatlar Sunuyor?
Xenobotların arkalarında mikroplastik veya toksik metaller bırakmamaları en büyük artılarından biri. Ayrıca yüzey üzerinde kayma, ilerleme ve belirli hedeflere yönelme gibi hareketleri gerçekleştirebiliyorlar. Araştırmacılar, Xenobotların az miktarda malzeme taşımasına imkan verecek tasarımlar üzerinde çalışıyor. Hasarlı dokuları onarma, damar tıkanıklıklarını açma ve ilaçları dokulara iletme potansiyeli medikal alanda önce çıkıyor.
Bilim insanlarının farklı görevler için tasarlanan farklı Xenobot şekilleri üzerinde çalışmaları hala devam ediyor. Eğer hücre gruplarını tam anlamıyla kontrol etmek mümkün olursa rejeneratif tıp – travmatik yaralanma, doğum kusurları, kanser ve yaşlanmanın çözümü konusunda çok önemli ilerlemelerin kaydedilmesi mümkün.
Xenobot’ların gelecekte daha da geliştirilmeleriyle okyanuslardan mikroplastikleri toplama veya radyoaktif atıkları temizleme gibi görevlerde kullanılması olası görülmektedir.