Dragan KOSOVAC

1. maj 2022.

Nanoroboti su mašine koje je stvorio čovek, a toliko su sićušni da njihove dimenzije merimo nanometrima, prvi put je, kao teoretsku mogućnost, pomenuo naučnik Albert Hibs krajem šeste decenije prošlog veka, a zapisao i pretvorio u esej i predavanje njegov profesor, fizičar Ričard Fejnmen. U modernoj pop kulturi, najviše za omasovljenje ove ideje učinila je TV serija „Star Trek: The Next Generation”, što u vidu slavnih negativaca, Borg kolektiva u čijem krvotoku plivaju nanosonde, što epizodom „Evolutions” u trećoj sezoni, u kojoj je sam koncept detaljno objašnjen.

Tokom proteklih decenija, nanoroboti sve više postaju deo naše stvarnosti, a njihova neprestana minijaturizacija briše granicu između mašina i mikroorganizama, ćelija, ćelijskih organela ili makromolekula na koje nailazimo u prirodi. Kada se gleda samo na specifičnu funkciju ovih gradivnih elemenata života, može da se kaže da su oni mikroskopske mašine sa specijalizovanom namenom. Razvoj novih nanomašina istovremeno predstavlja izazov za naučnike i odskočnu dasku za bitne skokove unapred pri razvoju novih tehnologija, a tokom tog razvoja, neretko se nailazi na neočekivane, fascinantne rezultate.

Hibridi i kiborzi

Baš kao što je Hibs predvideo kada je teoretisao o nanorobotima, „sveti gral” njihove primene je unutar živih organizama, idealno - tela ljudi koji imaju medicinski problem. Bilo da se radi o ciljanom dostavljanju odgovarajućeg leka na specifično mesto u telu ili olakšavanja oštećenom tkivu da se regeneriše. Pored terapije tumora, potencijalna primena mikroskopskih mašina u telu obuhvata i mihrohirurgiju na ćelijskom nivou, pomaganje kod otežane oplodnje ili planiranu izmenu određenog tkiva. Većina današnjih sićušnih mašina čije je radno mesto u našim telima, tehnički, nosi naziv nanoroboti, iako se njihove dimenzije najčešće kreću od jednog do dvadeset mikrometara (odnosno, hiljadu do 20 hiljada nanometara). Poput mehaničara, naučnici koji stvaraju ovakve mašine, pozajmljuju ideje od molekula na koje nailazimo u prirodi, a koji se ponašaju na specifičan način.

Tako, na primer, dostavljači leka na odgovarajuće mesto mogu da budu roboti zasnovani na lancima DNK ili proteinima odgovornim za kretanje spermatozoida. Kod pacijenata sa pojačanom koagulacijom, ovakvi nosači ciljano mogu da dostavljaju lek heparin i razbijaju ugruške, dok u slučaju raka, lek trombin, koji pojačava zgrušavanje, može da se iskoristi za smanjivanje dotoka krvi do tumorske mase.

Velika prepreka u omasovljenju ovakvih robota u redovnoj medicinskoj praksi je njihovo kontrolisanje i praćenje. Zbog toga naučnici nastoje da stvore, takozvane, hibridne bio-robote koji imaju biološku, molekularnu komponentu, koja obavlja željenu funkciju, ali i neživi segment, koji se koristi za nadgledanje i kontrolu robota. U nedavno objavljenom pregledu aktuelnih studija i naučnih radova koji se bave biohibridnom nano-robotikom, naučnici sa Pekinškog tehnološkog instituta zaključili su da je ova tehnologija i dalje ograničena proizvodnim procesima, ali ne biološkog, nego neživog, mikroelektronskog dela robota. Proizvodnja ovih robota podrazumeva upotrebu grafena, nanocevčica, kao i platine i titanijuma i to u konstrukcijama čija debljina ne prevazilazi stotinu atoma.

Usavršavanje tog, proizvodnog segmenta, kao i tehnologija za navigaciju nanorobotima unutar tela, pre svega, magnetnim poljima ili izlaganjem intenzivnoj svetlosti, obećavaju vedru budućnost za ovu vrstu robota. Možda ne u okviru roka koji se meri jednocifrenim brojem godina, ali nanoroboti će za deceniju-dve gotovo sigurno biti deo medicinskih arsenala širom sveta.

Xenoboti

Druga strana medalje prilikom razvoja sićušnih robota je pronalaženje prave konfiguracije za sklapanje njihovih gradivnih elemenata. Naučnici sa Univerziteta Vermont i Univerziteta Tafts, obratili su se veštačkoj inteligenciji za pomoć prilikom konstrukcije „živih” mikrorobota, zvanih Xenoboti. Naime, polazna ideja bila je da se stvori gomilica živih ćelija koja može da obavlja specifičnu funkciju. U ovom slučaju, radi se o ćelijama afričke žabe Xenopus laevis (odatle i naziv Xenoboti), specifično, ćelija srčanog mišića koje obezbeđuju kretanje i ćelija kože koje drže celinu na okupu. Xenobot nema krvotok, nema nervne ćelije, niti sistem za ishranu, tako da jedinke umiru nakon nekoliko dana ako u vodi u kojoj se nalaze nema specijalnih mikrogranula koje svaka pojedinačna ćelija upija. Nakon što ovaj minijaturni robot prestane da radi, potpuno se razgrađuje.

Ipak, dok su živi, Xenoboti vredno rade ono za šta su stvoreni. AI je dobio zadatak da sklopi žablje ćelije kože i srca u celinu koja može da se kreće i gura materijal na koji naiđe. Izračunavanja su obavljena na superračunarskom klasteru Deep Green na Univerzitetu Vermont. Nakon računarske simulacije, više od stotinu generacija potencijalnih oblika i konfiguracija, naučnici su dobili nekoliko polaznih varijanti koje su konstruisali slaganjem oko 2000 ćelija pod mikroskopom. Dok je danas za stvaranje jednog Xenobota potrebno da specijalizovani stručnjak nekoliko sati obavlja delikatne mikrohirurške zahvate, taj proizvodni proces mogao bi da se automatizuje specijalizovanim 3D štampačima. Funkcionalni Xenobot ima četiri „noge” pomoću kojih se kreće, a pri kontaktu sa drugim robotima formira parove ili trijade koje nastavljaju da guraju materijal oko sebe. Dok posao koji Xenoboti obavljaju, na prvi pogled, ne deluje preterano impresivno, dovoljno veliki broj ovakvih robota bio bi od neprocenjive pomoći prilikom čišćenja mikroplastičnog zagađenja iz svetskih vodotokova i okeana.

Funkcija ovih malih robota ipak je prilično ograničena. Pošto Xenoboti mogu da guraju materijal i prave gomilice, za njihov dalji transport bilo bi potrebno konstruisanje „kutija-botova” sposobnih da pokupe taj materijal i odnesu ga na željeno mesto. Upravo takvi roboti nalaze se na spisku varijanti koje AI rutine na pomenutim univerzitetima trenutno razvijaju i upravo takvi roboti mogli bi da se koriste kao terapijski sistem za dostavu leka na tačno željenu lokaciju u telu.

Istovremeno, nastavlja se razvoj samih Xenobota. Dok su originalne verzije, živi mikroroboti, predstavljene javnosti pre dve godine, prošle godine debitovala je verzija 2.0, koja je unapređena na više načina. Pored toga što su manji od prve generacije, 2.0 su otporniji i čak mogu da se regenerišu nakon što im se površina ošteti. Ipak, verovatno najzanimljivija promena odnosi se na njihov potpuno novi način kretanja. Umesto kontrakcije srčanih ćelija, novi Xenoboti na površini imaju ćelije sa cilijama, sićušnim dlačicama koje omogućuju kretanje sinhronizovanim „veslanjem”. Korak dalje je mogućnost da se u ove Xenobote ubaci gen za fluorescentni pigment EosFP koji se nalazi u koralima. Roboti sa ovim pigmentom mogu da promene boju kada se izlože specifičnoj radijaciji. Analogno tome, Xenoboti bi mogli da se koriste kao živi senzori za otkrivanje prisustva određenih hemikalija ili vrste zračenja.

Početkom ove godine, po naučnim sajtovima pljuštale su bombastične vesti da su živi mikroroboti počeli da se razmnožavaju sami od sebe. To je samo delimično tačno. U okviru razvoja Xenobota 3.0, naučnici su otkrili da ako se iz kružnih 2.0 iseče jedan deo (i efektivno napravi mikro-pakmen), takvi Xenoboti mogu efikasnije da stvaraju gomilice materijala kojim su okruženi. U specifičnom slučaju, kada su mali roboti okruženi ćelijama iz embriona žabe Xenopus laevis, gomilice postaju novi Xenoboti, u tom smislu da se radi o pokretnim grupicama ćelija iste vrste, ali „deca” ipak nisu potpuno funkcionalni mini-roboti, pogotovo ne kopije „roditelja”. Da bi se od tih novih „potomaka” stvorili operativni primerci verzije 2.0, potrebno je da se njihova veličina svede na optimalan broj ćelija, a ako želimo da stvorimo primerak verzije 3.0, neophodno je mikrohirurško isecanje jednog segmenta da bi se dobio „pakmenoliki” oblik.

Etika

Veoma značajnu stavku u određivanju budućnosti bio-robota, kao što su Xenoboti, predstavlja formulisanje zakonske regulative u vezi sa komponentama koje mogu da se koriste prilikom stvaranja „živih mašina”. Sa jedne strane su vapaji nedovoljno informisanih laika o tome kako je korišćenje živih ćelija za razvoj minijaturnih mašina neetičko „igranje Boga”, koje po svaku cenu mora da se izbegne. Sa druge strane je više stvarnih problema i opasnosti. Jedna od njih je opasnost da se, slučajno ili namerno, stvori mikro-robot dovoljnog stepena kompleksnosti da opstane sam u nekontrolisanom okruženju, gde bi mogao da ima katastrofalne posledice po ekosisteme nepripremljene da ga drže pod kontrolom, zbog izostanka prirodnih protivnika. Bitna su i sama etička pitanja, jer je nekome sasvim u redu da se koriste ćelije žabe, drugom su OK ćelije sisara, a da bi se stvorio bio-robot sposoban da funkcioniše u telu nekog čoveka, on bi morao da bude napravljen od ćelija baš te osobe, da bi se izbegao imuni odgovor. Na kraju, veoma je bitno i ko, zapravo, stoji iza nekog istraživanja. Xenoboti su, na primer, deo L2M projekta (Lifelong learning machines) koji finansira DARPA (američka agencija za napredna odbrambena istraživanja). Zbog svih ovih izazova, neophodno je da zakonodavci prate razvoj na ovom polju, kako bi, kada za to dođe trenutak, mogli informisano da donesu adekvatne regulativne propise.

• • •

Razvoj robotike ne prestaje, samo se njegov tempo menja, a i to je ponekad i samo privremeno. Nakon što se naučnici izbore sa preprekama jednog perioda, na red dolaze novi izazovi. Milioni godina evolucije stvorili su veoma efikasne i uspešne biološke mašine koje svakodnevno funkcionišu u nebrojeno mnogo živih bića. Lekcije kojima nas priroda uči mogu da se primene za stvaranje impresivnih novih tehnologija, samo treba obratiti pažnju na opasnosti koje proističu iz stvaranja biokompatibilnih mašina, kao i uvek prisutnu mogućnost (u redu, izvesnost) da će neko zlonameran pokušati da od korisne tehnologije napravi oružje.