개구리 배아에서 긁어 낸 살아있는 세포를 용도 변경한 세계 최초의 "살아있는 로봇"
개구리 배아에서 긁어 낸 살아있는 세포를 용도 변경한 세계 최초의 "살아있는 로봇"
  • 김대현 기자
  • 승인 2020.01.30 11:24
  • 댓글 0
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[퓨처타임즈=김대현 기자] 세계 최초의 "살아있는 로봇". 과학자들은 개구리 배아에서 긁어 낸 살아있는 세포를 다른 용도로 사용하여 완전히 새로운 생명체로 만들었다. 이 작은 "제노봇(xenobot)"은 움직일 수 있고 손상된 경우 스스로 치유 할 수도 있다.

한 과학자 팀이 개구리 배아에서 긁어 낸 살아있는 세포를 용도 변경하여 완전히 새로운 생명체로 만들었다. 이 밀리미터 폭의 "제노봇(xenobot)"은 목표를 향해 움직일 수 있으며, 페이로드 (예: 환자 내부의 특정 장소로 운반해야 하는 약)를 집거나 절단 후 스스로 치유 할 수도 있다.

 

이 연구를 공동 주도한 버몬트대학교(University of Vermont)의 컴퓨터 과학자이자 로봇공학 전문가인 조슈아 본가드(Joshua Bongard)는 “이것은 새로운 살아있는 기계이다. 전통적인 로봇도 아니고 알려진 종의 동물도 아니다. 그것은 새로운 종류의 인공물이다. 살아있는 프로그램이 가능한 유기체"라고 말했다.

 

이 제노봇(xenobot)은 UVM의 슈퍼 컴퓨터에서 설계되었으며, 매사추세츠 주 터프츠대학교(Tufts University)의 생물학자들이 조립하고 테스트했다. 터프츠의 재생 및 발달 생물학 센터의 마이클 레빈(Michael Levin)은 “우리는 다른 기계로는 할 수 없는 이 살아있는 로봇의 많은 유용한 응용을 상각할 수 있다. 플라크를 긁어내기 위해 바다나 동맥으로 여행하는 것이다. "

왼쪽: 컴퓨터 설계 유기체에 대한 청사진. 오른쪽: Xenobot, 개구리 피부(녹색) 및 심장 근육(적색) 세포. 이미지출처: Sam Kriegman, UVM
왼쪽: 컴퓨터 설계 유기체에 대한 청사진. 오른쪽: Xenobot, 개구리 피부(녹색) 및 심장 근육(적색) 세포. 이미지출처: Sam Kriegman, UVM

사람들은 최소한 농업이 시작된 이래 인간의 이익을 위해 유기체를 조작해 왔다. 현대에는 유전자 편집이 널리 보급되었으며, 지난 몇 년 동안 몇 가지 인공유기체가 수동으로 조립되어 알려진 동물의 신체 형태를 복제했다. 그러나 이 새로운 연구는 처음으로 "완전히 생물학적 기계를 완전히 설계한다"고 새로운 연구에서 썼다.

 

UVM의 버몬트 고급 컴퓨팅 코어(Vermont Advanced Computing Core)의 Deep Green 슈퍼 컴퓨터 클러스터에서 수개월의 처리 시간을 가진 이 팀은 "진화 알고리즘"을 사용하여 새로운 생명체를 위한 수천 개의 후보 디자인을 만들었다. 한 방향으로의 운동과 같이 과학자들이 할당한 작업을 수행하기 위해 컴퓨터는 수백 개의 시뮬레이션된 세포를 무수한 형태와 신체 형태로 재 조립할 수 있다. 단일 개구리 피부와 심장 세포가 할 수 있는 것의 생물물리학에 대한 기본 규칙에 따라 프로그램이 실행되어 더 성공적인 시뮬레이션이 된 유기체는 유지되고 정제되었으며 실패한 디자인은 사라졌다. 수백 개의 독립적인 알고리즘 실행 후 테스트를 위해 가장 유망한 설계가 선택되었다.

 

그런 다음 터프츠의 팀은 인실리코(in-silico) 디자인을 실생활로 이전했다. 먼저, 그들은 아프리카 개구리의 배아에서 수확 한 줄기세포를 모았다. 이들은 단일 세포로 분리되어 배양되었다. 그런 다음 작은 집게와 더 작은 전극을 사용하여 세포를 자르고 현미경으로 컴퓨터에 의해 지정된 디자인의 근사치로 결합했다.

자연에서는 결코 볼 수 없는 신체 형태로 조립되어 세포가 함께 작동하기 시작했다. 피부 세포는 보다 수동적인 구조를 형성했다. 심장 근육 세포의 한번 무작위 수축이 정 방향 운동을 만들어내는 동안, 컴퓨터 설계에 따라 로봇이 스스로 움직일 수 있는 자발적인 자체 구성 패턴을 지원한다.

 

이 재구성 가능한 유기체는 일관된 방식으로 움직일 수 있으며, 배아 에너지 저장 장치에 의해 구동되는 며칠 또는 몇 주 동안 물 환경을 탐색 할 수 있다. 이후 테스트에 따르면 제노봇(xenobot) 그룹이 원을 그리며 움직여서 펠릿을 자발적이고 집단적으로 중앙 위치로 밀어 넣을 수 있다. 다른 사람들은 드래그를 줄이기 위해 중앙을 관통하는 구멍으로 지어졌다. 이것들의 시뮬레이션 된 버전에서, 과학자들은 이 구멍을 파우치로 재사용하여 물체를 성공적으로 운반 할 수 있었다.

직경 700미크론의 제조 된 4배 유기체–핀 헤드보다 약간 작다. 이미지 출처: Tufts University, Douglas Blackiston
직경 700미크론의 제조 된 4배 유기체–핀 헤드보다 약간 작다. 이미지 출처: Tufts University, Douglas Blackiston

본가드(Bongard)는 "지능적인 약물 전달을 위해 컴퓨터 설계 유기체를 사용하는 단계"라고 덧붙였다. 추가 실험에서 그와 그의 팀은 제노봇(xenobot)을 잘라내서 무슨 일이 일어났는지 지켜 보았다. 본가드(Bongard)는 "로봇을 거의 반으로 자르면 다시 재봉되고 계속 진행된다."라고 말한다. "그리고 이것은 전형적인 기계로는 할 수 없는 일이다."

 

레빈(Levin)은“ 우리는 이 개구리 세포들이 기본 해부학과 완전히 다른 흥미로운 살아있는 형태를 만들기 위해 동축 될 수 있다는 것을 보여 주었다. 그는 제노봇(xenobot)을 만드는 것이 그가 "형태 형성코드"라고 부르는 작은 단계라고 믿으며, 유기체가 구성되는 전체적인 방식과 그들의 역사와 환경에 기초하여 정보를 계산하고 저장하는 방법에 대한 더 깊은 시각을 제공한다.

 

많은 사람들이 빠른 기술변화와 복잡한 생물학적 조작의 영향에 대해 걱정한다. 레빈(Levin)은“이런 두려움은 무리가 없다”고 말했다. "우리가 이해하지 못하는 복잡한 시스템을 엉망으로 만들기 시작하면 의도하지 않은 결과가 발생한다." 개미 식민지와 같은 많은 복잡한 시스템은 개미 식민지로 시작하여 식민지의 모양을 예측하는 것이 불가능하거나 연결된 시체로 물 위에 다리를 지을 수 있는 방법으로 시작한다.

 

레빈(Levin)은“인류가 미래에 살아 남으려면 복잡한 규칙이 어떻게 단순한 규칙에서 나오는지 더 잘 이해해야 한다”고 말했다. 많은 과학은 "낮은 수준의 규칙을 통제하는 데 중점을 두고 있다. 우리는 또한 높은 수준의 규칙을 이해해야 한다"고 말했다. "하나가 아닌 두 개의 굴뚝이 있는 개미집을 원한다면 개미를 어떻게 수정할까? 우리는 전혀 몰랐다."

 

레빈(Levin)은“사회는 결과가 매우 복잡한 시스템을 더 잘 다루기 위해서는 앞으로 반드시 필요한 일이라고 생각한다”고 말했다. "그것을 향한 첫 걸음은 살아있는 시스템이 어떻게 전체적인 행동이 되어야 하는지 결정하는 것이다. 그리고 우리가 원하는 행동을 얻기 위해 조각을 어떻게 조작할까?"

 

다른 말로, "이 연구는 사람들이 두려워하는 것에 대한 통제를 얻는 데 직접적인 기여를 한 것으로, 의도하지 않은 결과이다"- 레빈(Levin)은 자율주행자동차의 빠른 도착, 유전자 드라이브를 변경하여 전체 혈통을 제거 할 수 있는지 여부 바이러스 또는 인간의 경험을 점점 더 구체화 할 수 있는 많은 다른 복잡하고 자율적인 시스템이다.

 

본가드(Bongard)는“인생에는 이 모든 타고난 창의력이 있다. "우리는 그것을 더 깊이 이해하고 그것을 어떻게 새로운 형태로 인도하고 추진할 수 있는지를 원한다."

 

이 새로운 연구의 결과는 National Academy of Sciences의 의사록에 발표되었다.

 
 

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