Bio-boty, model letošního léta  
Titul „botherder“ nebo „botmaster“ je mezi počítačovými mágy obzvlášť ceněn. Udělován je počítačovým zločincům, kteří infikují cizí počítače a dělají si z nich ovládaná „zombie“. Stejné pocty se nyní dostalo i Rashidu Bashirovi za boty poháněné svalovými buňkami.

Rashid Bashir je biolog pracující na University of Illinois v Urbana-Champaign. „Botmaster“ mu říkají proto, že dal říkance „Paci paci pacičky, táta koupil botičky“, nový rozměr.  Jako první zhotovil mini-bio-boty, které plní jeho vůli. Jsou z hydrogelu a funkční prototyp si vytiskl na tiskárně už před třemi roky.   


 

Rashid Bashir: „Pohon pomocí buněk je základ všech budoucích biologických strojů.“ (Kredit: UIU)

Nám nostalgikům slovo boty v jiném významu, než obuv, zní jaksi divně. Nejspíš proto, že jsme Čapkovo R.U.R. měli jako povinnou četbu. Dnes na čtení knih tolik času nezbývá a slovo bot mladší generaci nijak zvláštní nepřijde. Pro krácení slova robot na bot mají  i racionální důvod. Šetří papír, inkoust i čas. V anglicky mluvících zemích bot (množné číslo bots), patří u náctiletých k nejčastěji používaným slovům, nejspíš proto, že v počítačových hrách by si bez nich prakticky  neškrtli. Boty i boti si tak oklikou razí cestu zpět do češtiny odkud jako robot vyšly. Dělá to zmatky. Na vině je naše dlouhodobá snaha roboty, kteří se snaží vetřít do společnosti lidí, označovat jako roboti (s měkkým „i“). A ty, jejichž  inteligence stačí akorát tak na škrábání brambor a hnětení těsta, prohlašujeme za roboty (s tvrdým „y“). Jazykový cit nás podvědomě nutí vztáhnout pravidlo i na poangličtěné navrátilce a výsledkem pak jsou zde zmíněné boty a boti. Jazykozpytná internetová příručka je v tomto případě skoupá a tak než se používání termínů v informatice, biologii a technice nějak ustálí, bude v tom nějakou dobu asi významový hokej. 

Zvětšit obrázek
Původní bio-boty (bio-roboty) poháněly buňky srdečního svalu. Jak už to u srdečních záležitostí bývá, udělalo to z nich nezvladatelné neposedy, které nešlo zastavit. (Kredit: Elise A. Corbin)

Ve snaze si nikoho si nenahněvat, alibisticky použijeme oba termíny ve stejném významu. Naštěstí  to ani moc zavádějící nebude, s jistou dávkou nadsázky v Proceedings of the National Academy of Science popsané zařízení jako boty „chodí“ a i tak trochu vypadá. 


Výroba
To se vezme tiskárna a kazeta pro inkoust se naplní roztokem s živými buňkami ze svalu. Místo papíru se použije gelová membrána a zmáčkne se knoflík. První miniatury vzbuzující úsměv byly 7 mm dlouhé a připomínaly sulcovité placičky. Kráčet jim umožňovala jejich asymetrie a "chůze" připomínala mrskající se píďalku. V pravidelných intervalech se jejich „tělíčkem“ proháněl impuls kontrakce a rosolovitá hmota se skrčením a narovnáním o něco málo posouvala vpřed. Milimetrové kráčedlo je ze dvou částí - dlouhé a tenké „nožky“ a nic nedělající tlusté, sloužící jako úd podpůrný. Pohonnou jednotkou byly živé svalové buňky srdečního svalu potkana. Nanášely se jen na delší nožku a to jen na jedné její straně. Proto jejich kontrakce hydrogelový podklad prohne. Po uvolnění stahu buněk se „most“ zase vracel do svého původního (rovného) tvaru.

 

„Botky“ samochodky, model roku 2012:


Bio-boty „jezdí“ na energii obsaženou v živném roztoku gelového podkladu. Jakmile je robot jednou sestaven, buňky se po krátké době propojí, vzájemně se pomocí bioproudů sesynchronizují a začnou jednat autonomně. Tak, jak je evoluce vycvičila a jak jsou naprogramovány. Hendikepem takového pohonu je, že vehikl je prakticky neovladatelný.

 


I lenost může být předností

Rashid Bashir udělal boty, které už nejsou tak svěřepě tvrdohlavé. Jeho první mini-bio-boty z hydrogelu byly sice autonomní, ale jejich samostatnost nebyla předností. Pohon zajišťovaný buňkami srdečního svalu krys si do své práce moc mluvit nenechal a boty chodily, jak se jim zachtělo.  Nové bio-roboty jsou poháněny snopečkem buněk kosterního svalstva. Ty jsou od přírody línější, pracují jen když musí. Zatímco model  poháněný buňkami svalu kde sídlí láska, nepřestane šmejdit dokud nepadne vyčerpáním, u zatím posledního modelu se  změnou frekvence elektrických impulsů dají boty zpomalovat, zrychlovat a nebo zabrzdit, aby zůstaly stát na místě. 

 

Zvětšit obrázek
Nové boty lze řídit impulsy elektrického proudu. Vpodstatě mají tři rychlosti – pomalu, rychle a stop. Zpátečka i volant jim zatím chybí. (Kredit: Janet Sinn-Hanlon, Design Group @ VetMed)


I když se nám i stávající výtvory jeví neohrabané, mají začít sloužit v praxi. Nejdříve z nich mají být levné prostředky monitorující prostředí. Pokud jejich vycházový výkon klesne, bude to signál, že se děje něco nekalého. Zdravotníkům bio-boty budou přínosem v hledání účinnějších léků na naše stresem unavená srdce. Nějaké využití pro ně chystají i sportovní komisaři.

 

Vědci ale již pracují na vylepšení své hračky a to hned dvěma směry. Jeden má jít jejich dovybavením  o nějaké neurony. Druhý z nich má udělat přepravní prostředky ovládané světlem. K tomu do jejich motoru (svalové buňky) hodlají namontovat gen z mořských řas, který zajistí citlivost na světlo.  Jejich membránový protein odvozený od vitamínu A, zvaný channelrhodopsin, vyniká tím, že když se na něj posvítí, změní uspořádání své molekuly (konformaci) a vytvoří izomer. Proměna trans formy na cis dělá v membráně otvor. Dost velký na to, aby vzniklým kanálkem o průměru 0,6 nm se do buňky nahrnuly kladné ionty (H+, Na+, K+, a Ca2+). Otevření dvířek do nitra buňky trvá jen milisekundu, pak se zase přibouchnou. I tak krátká doba „protonovým vetřelcům“ stačí k tomu, aby buněčnou membránu depolarizovali. Taková depolarizace membrány není vlastně nic jiného, než šíření vzruchu. Jde o stejný proces, jakým domlouvají a synchronizují svojí činnost i svalové buňky.

 

 

Bio-boty model letošního léta:

 

Dovybavení buněk depolarizačním zařízením je snadné, stačí vložit do jejich jaderné informace příslušný gen a ony si zbytek zařídí samy. Ve svalových membránách si vytvoří proteinové struktury reagující na světlo, kterým se odborně říká světelné protonové brány. Bio-boty opatřené pohonem z takto vylepšených svalových buněk budou řiditelnější.
I to se výzkumníkům  zdá ještě málo a tak kromě vylepšeniny  channelrhodopsinem z mořských řas, reagujícího na modré světlo, zvažují jiné svalové buňky vybavit halorhodopsinem z archaebakterie Natronomonas pharaonis. Tento protein modrou nevidí, je ale alergický na žluté světlo o vlnové délce 580 nm. Odlišně reagujícími buňkami pak lze potisknout různé části bota a tím u něj docílit jeho směrově ovladatelnosti. Tak nějak jako kdyby šlo o robota s mnoha servomotorky.  A protože „tlustá“ nožka bio-botům slouží jen jako vezoucí se opora, nebude problém ji obtěžkat léčivem, případně něčím dalším. Je obtížné si nyní představit k čemu všemu bude možné myšlenku využít. S prostorovým uspořádáním základního želatinového tělesa a na něj navěšené různé typy buněk, půjde s pomocí 3D tisku dělat divy. Na cestě k řízeným biologickým strojům, které jednou budou dopravovat léky, podílet se na mikrochirurgii, vytvářet inteligentní implantáty,... Hydrogel i kultivace buněk  je levnou záležitostí a tak Bashir se svými kolegy již plánuje zapojit do navrhování nových botích tvarů studenty. Zatím prý jde o  boty, ale až jednou hodně zmoudří, vyrostou z nich boti. 

 

Literatura:
Development of Miniaturized Walking Biological Machines, Nature www.nature.com/srep/2012/121115/srep00857/full/srep00857.html

Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle, Proceedings of the National Academy of Sciences, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1401577111

University of Illinois at Urbana-Champaign

Autor: Josef Pazdera
Datum: 03.07.2014 09:15
Tisk článku

Robot -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 899 Kč
cena: 773 Kč
Robot

Související články:

Poživatelná origami     Autor: Josef Pazdera (14.05.2016)
Příště vás možná bude operovat robotický chirurg     Autor: Stanislav Mihulka (09.05.2016)
SCAMP přiletí a pak leze po stěně jako saranče     Autor: Josef Pazdera (22.03.2016)
Budeme důvěřovat robotovi při požáru?     Autor: Stanislav Mihulka (01.03.2016)
Robotický kuchař     Autor: Martin Tůma (04.12.2015)



Diskuze:

Boha sem nepleťte s DNA nemá nič spoločné

Rene Mikolas,2014-07-04 04:59:10

Tie komplementárne "konce" molekúl, ktoré sa párujú, sú totiž samozrejme opačne nabité (v dôsledku chemickej štruktúry... což je zas dôsledok pôsobenia elektrostatického poľa jadier na elektróny, čiže v konečnom dôsledku zasa fyzika), takže sa pritiahnu tá najkladnejšia s tou najzápornejšou časťou - teda nastane energeticky najvýhodnejšie (a teda vôbec nie náhodné - ale nepotrebujú k tomu nijaký rozkaz, iba svoje vlastné vlastnosti) usporiadanie (OK, existuje aj pár "alternatívnych", menej výhodných párovaní).
Jediná náhoda je, aby komplementárne časti dodifundovali k sebe (ale zas im elektrostatická komplementarita k tomu pomáha).
Veriaci v snahe poprieť fakty pracujú radi s "hrubou pravdepodobnosťou" ku ktorej zásadne nepridávajú ďalšie podstatné, v skutočnosti existujúce vplyvy, ako elektrostatická komplementarita, reakčná termodynamika a kinetika, autokatalýza a pod. S molekulami vody sa pohrávajú van der Waallsove sily, vodíkové väzby a dipólové interakcie . Otázka je, či je to z nevedomosti, alebo je to zámer. Pretože si nemyslím, že prostý veriaci má záujem byť klamaný (na druhej strane, fakt, že žil v haluzi, by asi jeho psychike neurobilo dobre). DNA nie je program a nie je to dielo ničoho inteligentného. (OH)

Odpovědět


DNA a program

Vojtěch Kocián,2014-07-04 07:56:30

Proč by mělo být až tak chybné srovnání DNA s programem? V principu se chová jako řada instrukcí, je v ní spousta zbytečností tak jako v programu počítače. Občas toho "shitu" v počítačovém kódu není 8%, ale i víc než 92%. A chyby obsahuje také obojí. Dle programátorských axiomů:
1) Každý program lze bez ohrožení funkčnosti zkrátit minimálně o jednu instrukci.
2) V každém programu je alespoň jedna chyba.
Běh počítačového programu také zajišťuje pouhá fyzika (přesuny náboje, magnetická indukce, optické jevy...) To přirovnání se přímo nabízí. Zásadní rozdíl je akorát v procesoru. U počítače je to sofistikovaný kus hardwaru většinou mnohonásobně složitější než program, který na něm běží, kdežto u DNA je to prostředí chemických látek, které jsou naopak jednodušší než DNA (i když spolu s požadavky na složení, teplotu, pH... to až tak jednoduchý systém není).

Tím nechci říct, že DNA je dílo inteligentní bytosti, ale spíš že je zbytečné se rozčilovat, když tu pár lidí evidentně s notnou dávkou nadsázky vede (pseudo)filozofickou debatu.

Odpovědět


DNA a program - 2

Ondi Vo,2014-07-04 13:58:28

K příspěvku pana Kociána

Programm (jakýkoliv) je soubor instrukcí.

Jenže soubor instrukcí se sám od sebe neprovádí, k tomu je potřeba procesoru, který má jak vstup, tak výstup a pochopitelně také iterpretera oněch instrukcí, který dodá podnět k exekuci té-které instrukce.

DNA obsahuje soubor informací o vlastnostech a vzhledu konečné bytosti, ale proces stavby je záležitost chemických vazeb, dodávaného "stavebního" materiálu a energie.

To, že molekula vody je ektrostaticky polarizovaná, že ty dva vodíky jsou "nalepeny" na kyslíku v jistém úhlu je následek chemických pravidel vazeb mezi atomy a ne nějaká instrukce.

Odpovědět


Pro pana Ondi Vo

Vojtěch Kocián,2014-07-04 20:27:17

To záleží jen na míře abstrakce. Čím hlouběji půjdeme, tím víc najdeme rozdílů. Jít až na úroveň úhlu, který svírá molekula vody je jako jít na úroveň atomů křemíku v procesoru.

Vstupy má živý organismus všude kolem sebe, interpreter jsou fyzikální zákony a "program" nastartoval někdy dávno, kdy se poprvé dala dohromady samoreplikující se forma hmoty - život.

Jinak je to samozřejmě o přístupu každého člověka. Někdo v tom bude chtít najít spojitosti a jiný rozdíly. Oba jich najdou dost a dost.

Odpovědět

letmá myšlénka

Pavel Foltán,2014-07-03 14:29:06

Domníváte se též že Bůh při prvních pokusech na vytvoření člověka postupoval podobně?  :-)

Odpovědět


Ale ano!

Monika Vajtanova,2014-07-03 15:01:51

U plžů, mlžů a hlavonožců to je patrné dodnes. U vyšších použil sofistikovanější metody. Na ty musíme teprve přijít. Bohužel to nepublikoval.

Odpovědět


Ale publikoval

Milan Junek,2014-07-03 15:21:57

To jen vy mladí neznáte evangelium. Ostatně ani ten jeho impakt faktor není špatný. deset milionů vydaných biblí ročně a těch odkazů na ni.
Žádný z vědců co kdy byli a budou, nesahá ani po paty.

Odpovědět


publikoval

Pavel Foltán,2014-07-03 15:28:18

Publikoval paní Vajtanová, jen to umět přečíst.
DNA – komplet plány i s modráky.   :-)

Odpovědět


Pokud

Monika Vajtanova,2014-07-03 18:38:19

Pokud myslíte těmi plány DNA, tak by to bylo, i s kopiemi, jak říkáte. Jenže mi v té Vaší teorii něco nehraje. Těmi pravými učedníkyby pak byli molekulární genetici, protože jen oni by uměli číst slovo Boží a také ho patřičně vykládat.

Odpovědět


Rene Mikolas,2014-07-04 05:13:28

K tomu plánu a "efektívnej DNA" - nemáte tušáka, koľko je tam "prázdneho kódu". Špeciálne v ľudskom prípade je "junk" DNA celkom dosť. Časť z nej má biologickú funkciu, ale nezanedbateľná časť je shit pochádzajúci napríklad od retrovírusov (asi 8%). Potom tu máme kopu "opakovačiek", (pravdepodobne) nikdy neaktivované gény (ak si dobre pamätám, 5 rôznych hemoglobínov)... Genetický kód nie je ani perfektný, ani nič podobné. A keďže celá bunka pracuje na princípe molekulárnej komplementarity, čo čakáte? Že si jadro bude so sebou nosiť maličký harddisk?
(To by bol dôkaz stvorenia :PH)
Veriaci namiesto toho, aby z prírody vychádzali, nanucujú jej svoje vlastné závery. Najprv prehlásia, že všetko musí mať ZMYSEL, z toho vyvodia, že je DNA je PROGRAM a z toho programu usudzujú na existenciu BOHA. Moderný Boh = Kreátor, tak svojej existencii vďačí za nesprávny prepoklad.

Odpovědět


Biblia je kniha sprostostí

Rene Mikolas,2014-07-04 05:18:55

Biblia je kniha zlátanín usporiadaných do deja, plná historických reálií, poloprávd a vyslovených lží. Minimálne 12-krát sa v nej tvorca vyslovuje za genocídu iných národov, organizuje, usmerňuje, riadi a prikazuje vraždy detí a žien. Je to hnus.

Odpovědět

Arnost Waschta,2014-07-03 12:03:17

Neni ta rikanka jinak?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni