Модель для роботов с мозгом, управляемым бактериями: понимание биохимического восприятия организмов может иметь далеко идущие последствия для экологии, биологии и робототехники.

В статье, опубликованной 16 июля в журнале Scientific Reports, входящем в состав Nature Publishing Group, ученый из технологического института Вирджинии использовал математическую модель, чтобы продемонстрировать, что бактерии могут управлять поведением неодушевленного устройства, такого как робот.«По сути, мы пытались выяснить с помощью математической модели, можем ли мы построить живой микробиом на неживом хозяине и управлять хозяином через микробиом», — сказал Рудер, доцент кафедры инженерии биологических систем в Колледже сельского хозяйства и жизни. наук и инженерный колледж.«Мы обнаружили, что у роботов действительно может быть работающий мозг», — сказал он.Для будущих экспериментов Рудер создает реальных роботов, которые будут иметь возможность считывать уровни экспрессии бактериальных генов в E. coli с помощью миниатюрных флуоресцентных микроскопов.

Роботы будут реагировать на бактерии, которые он создаст в своей лаборатории.В широком смысле понимание биохимического восприятия организмов может иметь далеко идущие последствия для экологии, биологии и робототехники.

В сельском хозяйстве системы моделей бактерий-роботов могут позволить провести надежные исследования взаимодействия между почвенными бактериями и домашним скотом. В сфере здравоохранения дальнейшее понимание роли бактерий в контроле физиологии кишечника может привести к созданию рецептов на основе бактерий для лечения психических и физических заболеваний.

Рудер также представляет дроидов, которые могут выполнять такие задачи, как запуск бактерий для ликвидации разливов нефти.Полученные данные также дополняют постоянно растущий объем исследований о бактериях в организме человека, которые, как считается, регулируют здоровье и настроение, и особенно теории о том, что бактерии также влияют на поведение.

Исследование было вдохновлено реальными экспериментами, в которых брачным поведением плодовых мушек манипулировали с помощью бактерий, а также мышей, которые демонстрировали признаки снижения стресса при имплантации пробиотиков.Подход Рудера выявил уникальное поведение системы «бактерия-робот» при принятии решений путем связывания и компьютерного моделирования широко принятых уравнений, описывающих три различных элемента: сконструированные генные цепи в E. coli, микрожидкостные биореакторы и движение робота.Бактерии в математическом эксперименте проявили свою генетическую схему, становясь либо зеленым, либо красным, в зависимости от того, что они ели.

В математической модели теоретический робот был оснащен датчиками и миниатюрным микроскопом для измерения цвета бактерий, сообщая ему, куда и как быстро двигаться, в зависимости от пигмента и интенсивности цвета.Модель также неожиданным образом обнаружила функции более высокого порядка. В одном случае, когда бактерии направляли робота к большему количеству еды, робот остановился, прежде чем быстро сделать свой последний подход — классическое хищное поведение животных более высокого порядка, преследующих добычу.

Исследование Рудера по моделированию также демонстрирует, что такого рода биосинтетические эксперименты могут проводиться в будущем с минимальными затратами средств, открывая эту область для гораздо большего числа исследователей.Управление научных исследований ВВС профинансировало математическое моделирование генных схем E. coli, а Совет инженеров технологического института Вирджинии выделил средства на перемещение этих моделей и, как следствие, мобильных роботов в класс в качестве учебных пособий.

Рудер провел свое исследование в сотрудничестве с докторантом биомедицинской инженерии Китом Хейде, который изучает фито-инженерию для синтеза биотоплива.«Мы надеемся помочь демократизировать область синтетической биологии для студентов и исследователей во всем мире с помощью этой модели», — сказал Рудер. «В будущем рудиментарные роботы и кишечная палочка, которые уже обычно используются отдельно в классах, могут быть связаны с этой моделью, чтобы обучать учащихся начальной школы до уровня доктора философии о взаимоотношениях бактерий с другими организмами».

Рудер рассказал о своем развитии в недавнем видео.


Новости со всего мира