×
321444

หุ่นยนต์ชีวภาพจากเอ็มบริโอกบ อนาคตของโรบอต

16.01.2020
  • LOADING...

HIGHLIGHTS

3 MINS. READ
  • ทีมนักวิทยาศาสตร์ประกาศความสำเร็จในการสร้างหุ่นยนต์ชีวภาพขึ้นมาได้เป็นครั้งแรก นับเป็นวัตถุชนิดใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนในประวัติศาสตร์โลก!
  • ทีมนักวิทยาศาสตร์เริ่มจากการสร้างโปรแกรมคอมพิวเตอร์ให้จำลองหุ่นยนต์ขึ้นมา โดยมีเป้าหมายคือ เป็นหุ่นที่สามารถเคลื่อนไหวได้คล่องตัวที่สุด ซึ่งหุ่นยนต์จะถูกสร้างจากบล็อกพื้นฐาน (เปรียบเทียบได้กับก้อนอิฐของบ้าน) 2 ชนิด ได้แก่ บล็อกที่ยืดหดได้ และบล็อกที่เป็นโครงให้กับหุ่นยนต์
  • ทีมนักวิจัยนำเซลล์เอ็มบริโอกบมาวางทาบกันทั้งหมด 3 ชั้น เซลล์ที่จะกลายไปเป็นกล้ามเนื้อหัวใจจะถูกขนาบด้วยเซลล์ที่จะกลายเป็นผิวหนัง จากนั้นนำไปเพาะเลี้ยงจนได้เป็นกลุ่มเซลล์ทรงกลม แล้วใช้เครื่องมือผ่าตัดและคีมคีบขนาดเล็กจิ๋วขลิบเล็มและตัดแต่งส่วนที่ไม่ต้องการออก จนได้เป็นรูปร่างตามแบบพิมพ์เขียวที่ออกแบบไว้ในตอนแรก ผลลัพธ์ที่ได้คือ กลุ่มก้อนเซลล์ที่ถูกออกแบบมาอย่างตั้งใจให้เคลื่อนที่ได้ ทีมนักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่า ซีโนบอต (xenobot)

เป็นข่าวฮือฮากันไปทั่วโลก เมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์ประกาศความสำเร็จในการสร้างหุ่นยนต์ชีวภาพขึ้นมาได้เป็นครั้งแรก นับเป็นวัตถุชนิดใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนในประวัติศาสตร์โลก!

 

ผลงานดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences เมื่อวันที่ 13 มกราคมที่ผ่านมา ด้วยความร่วมมือระหว่างทีมนักวิจัยจากภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยเวอร์มอนต์ (University of Vermont) สหรัฐอเมริกา และภาควิชาชีววิทยา มหาวิทยาลัยทัฟส์ (Tutfts University) ประเทศอังกฤษ

 

การสร้างหุ่นยนต์ดังกล่าวประกอบไปด้วยขั้นตอนสำคัญ 2 ส่วน ได้แก่

  • การออกแบบหุ่นยนต์ด้วยกลไกทางวิวัฒนาการ
  • การนำชิ้นส่วนชีวภาพมาต่อเข้ากันตามพิมพ์เขียวที่ได้ด้วยเซลล์จากเอ็มบริโอกบ!

 

หลักการออกแบบด้วยวิวัฒนาการ

นับตั้งแต่เซลล์แรกถือกำเนิดขึ้นมาบนโลก สิ่งมีชีวิตก็สืบทอดต่อเนื่องกันมาจนถึงปัจจุบัน โดยไม่เคยขาดช่วง เกิดเป็นความหลากหลายทางชีวภาพมหาศาล ทั้งหมดทั้งมวลนี้เกิดขึ้นโดยมีกระบวนการวิวัฒนาการเป็นกลไกสำคัญ

 

ทีมนักวิทยาศาสตร์เริ่มจากการสร้างโปรแกรมคอมพิวเตอร์ให้จำลองหุ่นยนต์ขึ้นมา โดยมีเป้าหมายคือเป็นหุ่นที่สามารถเคลื่อนไหวได้คล่องตัวที่สุด ซึ่งหุ่นยนต์จะถูกสร้างจากบล็อกพื้นฐาน (เปรียบเทียบได้กับก้อนอิฐของบ้าน) 2 ชนิด ได้แก่ บล็อกที่ยืดหดได้ และบล็อกที่เป็นโครงให้กับหุ่นยนต์

 

 

 

อัลกอริทึมของโปรแกรมจะนำหน่วยพื้นฐานมาเรียงต่อกันอย่างสุ่ม แล้วดูว่าแต่ละรูปแบบเคลื่อนไหวได้ดีมากน้อยเพียงใด หากรูปร่างของหุ่นยนต์จำลองเคลื่อนที่ได้ดี มันจะเก็บข้อมูลนี้ไว้ แต่ถ้าเคลื่อนที่ได้ไม่ค่อยดีก็จะถูกคัดทิ้ง (ตามหลักการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ซึ่งเป็นกลไกของวิวัฒนาการ)

 

ทีมนักวิจัยสั่งให้โปรแกรมรันคำสั่งไปทั้งหมด 100 ครั้ง จนได้เป็นแบบพิมพ์เขียวของหุ่นยนต์ออกมาจำนวนมาก จากนั้นศึกษาคุณสมบัติของแบบจำลองดังกล่าว แล้วคัดเลือกเพียงรูปแบบเดียวที่เคลื่อนไหวได้ดีที่สุดมาสร้างเป็นหุ่นยนต์จากเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

มนุษย์มุ่งที่จะปรับเปลี่ยนสิ่งมีชีวิต เพื่อผลประโยชน์บางอย่างมาโดยตลอด ตั้งแต่การปฏิวัติเกษตรกรรมเป็นต้นมา โดยมีธรรมชาติเป็นต้นแบบ แต่หุ่นยนต์ชีวภาพที่เกิดขึ้นมาใหม่นี้ ได้รับการออกแบบด้วยกลไกเดียวกันกับที่สร้างสิ่งมีชีวิตบนโลกขึ้นมา โดยมีจุดตั้งต้นเป็นเพียงบล็อกพื้นฐานง่ายๆ

 

วัสดุจากเซลล์กบ

ต่อจากนี้จะเป็นส่วนที่สิ่งมีชีวิตจะเข้ามามีบทบาท

 

ทีมนักวิทยาศาสตร์ใช้เซลล์ต้นกำเนิดจากเอ็มบริโอของกบสายพันธุ์ Xenopus laevis มาเป็นวัสดุในการสร้างหุ่นยนต์

 

 

ทีมนักวิจัยนำเซลล์เอ็มบริโอกบมาวางทาบกันทั้งหมด 3 ชั้น เซลล์ที่จะกลายไปเป็นกล้ามเนื้อหัวใจจะถูกขนาบด้วยเซลล์ที่จะกลายเป็นผิวหนัง จากนั้นนำไปเพาะเลี้ยงจนได้เป็นกลุ่มเซลล์ทรงกลม แล้วใช้เครื่องมือผ่าตัดและคีมคีบขนาดเล็กจิ๋วขลิบเล็มและตัดแต่งส่วนที่ไม่ต้องการออก จนได้เป็นรูปร่างตามแบบพิมพ์เขียวที่ออกแบบไว้ในตอนแรก

 

เซลล์กล้ามเนื้อทำหน้าที่เป็นบล็อกที่ยืดหดได้ ส่วนเซลล์ผิวหนังทำหน้าที่เป็นส่วนช่วยค้ำจุนนั่นเอง

 

ผลลัพธ์ที่ได้คือ กลุ่มก้อนเซลล์ที่ถูกออกแบบมาอย่างตั้งใจให้เคลื่อนที่ได้ ทีมนักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่า ซีโนบอต (xenobot)

 

เจ้าซีโนบอตมีขนาดราว 1 ไมโครเมตร หากวางให้เซลล์กล้ามเนื้ออยู่ด้านล่าง เซลล์ผิวหนังอยู่ด้านบน มันจะเคลื่อนที่ได้ดี และตรงกับที่คำนวณได้จากการออกแบบ แต่ถ้ามันตีลังกาเมื่อไร มันแทบจะไม่สามารถขยับไปไหนได้เลย นั่นแสดงว่า รูปแบบของการขยับเขยื้อนไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ แต่ต้องเกิดจากการออกแบบเอาไว้ล่วงหน้า  

 

สมาร์ทโฟนรุ่นใหม่อันทรงพลังจะกลายเป็นเพียงเศษเหล็กไร้ค่าในทันทีเมื่อมันถูกหั่นครึ่ง แต่เหตุการณ์นี้จะไม่เกิดขึ้นกับหุ่นยนต์ชีวภาพ

 

“เราเฉือนหุ่นยนต์ไปเกือบครึ่งหนึ่ง จากนั้นมันก็แค่กลับมารวมตัวกันใหม่แล้วเคลื่อนที่ต่อไป” จอช บองการ์ด หนึ่งในคณะวิจัย กล่าวเสริม

 

การประยุกต์ที่ไม่รู้จบ

เจ้าหุ่นซีโนบอตสามารถเคลื่อนที่และมีชีวิตอยู่ได้หลายวันโดยที่ไม่ได้รับอาหาร นอกจากนี้ทีมนักวิจัยยังได้ทดลองประยุกต์กระบวนการสร้างหุ่นยนต์ชีวภาพนี้ถึง 4 วิธี ได้แก่ การจัดการกับวัตถุที่อยู่ตรงหน้า โดยเปลี่ยนโจทย์ตั้งต้นของอัลกอริทึม การขนส่งสิ่งของ การยิงสิ่งของไปสู่เป้าหมาย และการนำหุ่นยนต์รูปแบบต่างๆ มาอยู่ร่วมกัน เพื่อผลลัพธ์ตามที่ต้องการ

 

เดิมทีนักวิทยาศาสตร์มองว่า วัสดุชีวภาพมีข้อเสียตรงที่มันสามารถถูกย่อยสลายได้ง่าย จึงไม่คงทนเท่าที่ควร

 

แต่งานวิจัยนี้ได้แสดงให้เห็นแล้วว่า กลุ่มเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่ผ่านกระบวนการคัดเลือกโดยธรรมชาติหลายพันล้านปี มีศักยภาพพอให้เรานำไปใช้งานต่างๆ ได้ เช่นระบบนำส่งยาในหลอดเลือด ซึ่งเมื่อเซลล์เสื่อมสภาพมันก็ไม่ต่างอะไรกับขี้ไคลที่หลุดออกไป

 

“ความคิดสร้างสรรค์เป็นสิ่งที่ติดตัวเรามาตั้งแต่เกิด และมีอยู่ในทุกแง่มุมของชีวิต เราแค่ต้องการที่จะเข้าใจมันได้อย่างลึกซึ้งขึ้น และวิธีการสร้างรูปแบบใหม่ๆ ให้กับสิ่งมีชีวิต” จอช บองการ์ด กล่าวปิดท้าย

 

 

ภาพประกอบ: กริน วสุรัฐกร

พิสูจน์อักษร: ภาวิกา ขันติศรีสกุล

อ้างอิง:

 

  • LOADING...

READ MORE



Latest Stories