KSENOBOT
Ksenebotlar alışık olduğumuz robotlardan farklı olarak tamamen hücrelerden yapılmış küçücük bir robot. Bu canlı robotlar Pac-man’e benzemesiyle ve gelecekte bize katkı sağlayacak potansiyel uygulamalarla dikkatleri üzerine çekiyor.
Robotlar genellikle çelik, demir, plastik gibi kimyasal materyallerden yapılır. Her ne kadar bazı robotlar yapay zekaları sayesinde insanlarla konuşarak, hareket ederek canlı gibi davranmaya çalışsa da robotlar canlılık özellikleri göstermez. Bu cümleler 13 Ocak 2020’den önce kurulsaydı doğru olabilirdi. Fakat 13 Ocak 2020’de, bu özellikleri her robot için geçerli kılmayan bir çalışma yayımlandı. Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin ve Josh Bongard tamamen biyolojik materyallerden yapılmış canlı bir robot üretti. Ayrıca bu robot sadece 1mm3 hacme sahip. Ksenebot adı verilen canlı robotu geliştirirken kullanılan hücrenin genetiği değiştirilmedi. Bu ilginç canlı robotlar üreyebilme özelliğine de sahip ama bu özelliği tek seferde ortaya çıkmadı.
Nasıl üretildi?
Ksenobotlar alışıldık robot malzemelerinden oluşmuyor. Bilim insanları ilk olarak Afrika Pençeli Kurbağanın (Xenopus laevis) kalp ve deri hücrelerini kullandılar. Bu hücreler bir algoritmanın hazırladığı tasarımlara göre mikro cerrahi yöntemlerle birleştirildi. Kullanılan algoritmalarla istenilen özelliklere sahip hücrelerin fiziksel görünümlerini tasarladılar. Çok sayıda tasarım test edildi ve bu testleri başarıyla geçemeyen tasarımlar elendi. Daha sonra uygun görülen tasarımlar mikro cerrahi yöntemlerle hayata geçirildi. Hücreler birleştirildikten sonra gözlendiğinde bilim insanları bu hücrelerin kurbağadan farklı özelliklere sahip bir organizma geliştirdiğini fark ettiler. Bu hücreler kendini oluşturan kalp kası hücrelerinin kasılması sayesinde hareket edebiliyor ve bir hasar meydana geldiğinde kendilerini yenileyebiliyorlar. Bu özellikleri onların canlı bir organizma olmasını sağlarken yapay zeka algoritmaları ile tasarlanarak programlanması ise robot özelliği göstermesine neden oluyor ve böylece daha önce karşılaşmadığımız bir tür meydana geliyor.
Yüzebilen Ksenebotlar
Ksenebotların ilk sürümü çok fazla insan gücü gerektirdiğinden araştırmalarını devam ettiren bilim insanları bu sefer aynı kurbağa türünün yumurtalarındaki embriyonik pluripotent kök hücrelerini (embriyonun erken safhalarında oluşan, tüm hücre tiplerine dönüşebilen farklılaşmamış hücreler) kullandılar. Bu hücreler özel bir ortamda izole edildi ve bir süre sonra bu hücrelerin kendi kendilerine birleşerek küresel bir yapı meydana getirdiği görüldü. Tabii ki bu hücreler de kurbağa hücrelerinden ayrı bir organizma meydana getiriyordu. Bu sürümün bir önceki sürüme göre farkı, hareket yeteneğinin farklı olmasıydı. İlk sürümdeki ksenebotlar kalp kası hücreleri sayesinde hareket ediyordu fakat bu sürümdeki ksenebotlar, silleri (hücrenin hareketini sağlayan hücre dışına doğru olan kısa uzantılar) ile hareket ediyor.
2. nesil ksenebotlar silleri sayesinde 1. nesil olanlardan hızlı hareket ediyor. Ayrıca dairesel ve yönlü hareketlerle birbirleri ile koordineli çalışabiliyorlar. Ayrıca 2. nesil ksenebotlar hafıza yeteneği kazandırılabilir özelliğe de sahip ki bu durum onları programlamada, daha karmaşık görevleri yerine getirebilir hale dönüştürüyor.
Üreyebilen Ksenebotlar
Moleküllerin yapısal dizilimi ve tasarımı onların karakteristik özelliklerini belirler. Örneğin proteinlerin 3 boyutlu yapısı canlılar için hayati önem taşır. Çünkü proteinin 3 boyutlu yapısının yani tasarımının değişmesiyle proteinin işlevsel özelliği de değişir, yanlış çalışabilir veya çalışmayabilir. Bu sebeple bir hastalığa sebebiyet verebilir hatta hayati risk oluşturabilir. Tıpkı bir proteinin diğer proteinlerden farklı olmasının sebebi yapısının değişikliğinden kaynaklandığı gibi 3. nesil ksenebotların diğer türlerinden farklı olarak üreyebilmesinin önemli bir nedeni de tasarım şeklinden kaynaklanıyor. 2021’de kök hücrelerden meydana gelen ksenebotlar üzerinde evrimsel algoritma tarafından hazırlanan tasarımlar denenirken, halk arasında Pac-man’e benzetilen C şeklinde bir tasarımın yeni ksenebotlar meydana getirebildiği görüldü. Mikro cerrahi yöntemlerle yapılan Pac-man şeklindeki ksenebotlar, etrafında bulunan tekil kök hücrelerini ağız kısımlarında toplayarak yeni Pac-man şeklindeki ksenebotlara dönüştürüyorlar. Başka bir deyişle kendi kopyalarını oluşturuyorlar. Bu üreme türü daha önceden aşina olduğumuz eşeyli ve eşeysiz üreme çeşitlerine benzememesi yönüyle de bir hayli dikkat çekici.
Peki bu buluş ne işimize yarayacak?
Bu buluşun ilk dikkat çeken kısmı biyolojik olarak parçalanabilir olmasıdır. Çelik, demir, plastik vb. maddelerin kullanılmıyor oluşu ksenebotlara çevreyi koruma özelliği kazandırıyor. Bongard, “Canlı dokunun dezavantajı zayıf olması ve bozulmasıdır. Bu yüzden çelik kullanıyoruz. Ancak organizmaların kendilerini yenilemek ve on yıllarca devam etmek için 4,5 milyar yıllık pratiği var. Ve organizmalar çalışmayı bıraktıklarında – ölüm – genellikle zararsız bir şekilde dağılırlar.” diyor.
Canlı robotların küçük olması, biyolojik materyalden oluşması ve istenilen özelliğe programlanabilme özelliğine sahip olması gibi nedenlerden dolayı insan vücudu içinde kullanılarak hastalıklara çare bulabilir. Örneğin insülin üretiminde veya yaralı dokuların onarımında büyük etkisi olabilir. Bilim insanları bu organizmaların, kanser tedavisinde veya yaşlanmayı önlemeyi amaçlayan çalışmalarda önemli gelişmelere yol açabileceğini öngörüyor. Aynı zamanda programlanabilir özelliği sayesinde ksenebotlar okyanusta mikro plastikleri ve topraktaki kirletici maddeleri temizlemede kullanılması da hedefleniyor.
KAYNAKÇA
- Ball, P. (2020). Living robots. Nature Materials, 19(3), 265-265. https://doi.org/10.1038/s41563-020-0627-6
- In a first, scientists create tiny multicellular organisms that can replicate. (2021, Kasım 29). Tufts Now. https://now.tufts.edu/articles/xenobots-first-scientists-create-tiny-multicellular-organisms-can-replicate
- Living Machines Are Created in the Lab. (2020, Ocak 16). Tufts Now. https://now.tufts.edu/articles/new-living-machines-are-created-lab
- Kriegman, S., Blackiston, D., Levin, M., & Bongard, J. (2020). A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(4), 1853-1859. https://doi.org/10.1073/pnas.1910837117
- Kriegman, S., Blackiston, D., Levin, M., & Bongard, J. (2021). Kinematic self-replication in reconfigurable organisms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(49). https://doi.org/10.1073/pnas.2112672118
- Scientists create the next generation of living robots. (2021, Mart 31). Tufts Now. https://now.tufts.edu/news-releases/scientists-create-next-generation-living-robots
GÖRSEL KAYNAKÇA
- Bakırcı, Ç. M. (2021, December 5). Kendi Kendine Üreyebilen Biyolojik Robotlar Üretildi: Xenobot 3.0 ile Tanışın! Evrim Ağacı. Retrieved February 13, 2022, from https://evrimagaci.org/kendi-kendine-ureyebilen-biyolojik-robotlar-uretildi-xenobot-30-ile-tanisin-11205
- Kriegman, S., Blackiston, D., Levin, M., & Bongard, J. (2020). A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(4), 1853-1859. https://doi.org/10.1073/pnas.1910837117
- O’Neill, M. (2021, May 2). Xenobots 2.0: Scientists Create the Next Generation of Living Robots. SciTechDaily. Retrieved February 13, 2022, from https://scitechdaily.com/xenobots-2-0-scientists-create-the-next-generation-of-living-robots/
EDİTÖR
Mehmet Alperen ÖZDEMİR
