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Künstlich erzeugt, aber lebend: Xenobot.
Künstlich erzeugt, aber lebend: Xenobot.
Bild: Sam Kriegman, UVM

Xenobots – Forscher bauen erstmals lebende Mini-Roboter

14.01.2020, 18:5415.01.2020, 09:15

US-Wissenschaftlern ist es nach eigenem Bekunden gelungen, völlig neue Lebensformen zu kreieren: Xenobots – lebende, programmierbare Organismen. Es handle sich weder um traditionelle Roboter noch um eine bekannte Tierart, «sondern um neuartige lebende Maschinen», sagte einer der Wissenschaftler, Joshua Bongard von der Universität von Vermont. Und Michael Levin, Direktor des Allen Discovery Center an der Tufts Universität im US-Staat Massachusetts, schwärmte: «Das sind völlig neue Lebensformen. Sie haben noch nie auf der Erde existiert. Es sind lebende, programmierbare Organismen.»

Die Forscher, die ihre Ergebnisse im Fachblatt «Pnas» veröffentlichten, entwarfen diese neuen, weniger als einen Millimeter grossen Organismen zuerst mithilfe eines Supercomputers; danach wurden sie von Biologen an der Tufts University aus Froschzellen zusammengebaut und getestet. Der Computer kombinierte einige hundert Zellen zu tausenden von möglichen 3D-Entwürfen, die eine bestimmte Aufgabe zu erledigen hatten, zum Beispiel sich in eine Richtung zu bewegen. Diese Entwürfe unterzog der Rechner danach einer evolutionären Simulation auf Basis der biophysikalischen Möglichkeiten einzelner Froschzellen, und las jene Designs aus, die die gestellte Aufgabe am besten bewältigten.

<em>Xenopus laevis</em>.
Xenopus laevis.
Bild: Shutterstock

Die Biologen verwendeten zwei verschiedene Zelltypen, um die Organismen damit zu bauen: pluripotente Stammzellen und Vorläufer von Herzmuskelzellen aus den Embryonen afrikanischer Frösche der Art Afrikanischer Krallenfrosch (Xenopus laevis). Während die Stammzellen mechanisch statisch sind, aber eine Art Gewebe bilden können, können die Prä-Herzmuskelzellen pulsieren und damit eine Bewegungskomponente beisteuern. Sollte der Xenobot sich zum Beispiel bewegen, war es sinnvoll, die Herzmuskelzellen eher aussen zu positionieren.

«Reconfigurable Organisms Video S1.»

Die erfolgreichsten Designs wurden von den Biologen möglichst genau nachgebaut. Sie fügten die Stammzellen mit einer Mikropinzette und einer winzigen Elektrode zu einem Gewebe zusammen und betteten dann die Prä-Herzmuskelzellen in diese Strukturen ein. So entstanden Körperformen, die in der Natur noch nie beobachtet wurden, die aber über Zellen verfügten, die tatsächlich zusammenarbeiteten.

«Reconfigurable Organisms Video S2.»

In der wässrigen Umgebung einer Petrischale begannen einige der fertigen Xenobots in der Tat, sich zu bewegen. Die in den Zellen gespeicherte Energie reichte dabei bis zu zehn Tagen – ohne zusätzliche Energieaufnahme. Einige Xenobots, die mit einem Loch in der Mitte designt waren, konnten dieses Loch sogar zum Transport winziger Objekte nutzen. Wenn die Xenobots sich nicht so verhielten, wie es der Computer vorhergesagt hatte, liessen die Forscher den Algorithmus das Design neu berechnen.

«UVM and Tufts Team Builds First Living Robots.»

Anwendungsgebiete für die winzigen Xenobots gäbe es viele: Sie könnten Medikamente im Körper eines Patienten an den gewünschten Ort transportieren oder Blutgefässe von arteriosklerotischen Plaques befreien. Aber auch ausserhalb des Körpers könnten speziell designte Xenobots zum Einsatz kommen, beispielsweise um Mikroplastik aus den Ozeanen zu holen. Solche toxischen Materialien könnten ausfindig gemacht, aufgenommen und «verdaut» werden.

Wenn die Xenobots ihre Energiereserven aufgebraucht haben, sterben sie ab. Sie zerfallen dabei in der Regel zu harmlosen Stoffen und sind biologisch abbaubar. Im Gegensatz zu Objekten aus Metall oder Kunststoff verfügen sie zudem über die Fähigkeit, sich selber zu heilen – so fanden sich Xenobots, die von den Forschern gezielt entzweigeschnitten wurden, wieder zusammen und heilten.

Dass solche Biotechnologien Ängste hervorrufen, ist auch den beteiligten Wissenschaftlern klar. Und dass die Defense Advances Research Projects Agency (DARPA) des US-Verteidigungsministeriums diese Forschungen unterstützt, ist nicht gerade dazu angetan, Befürchtungen zu besänftigen. So gibt auch Levin zu: «Immer dann, wenn wir damit beginnen, mit komplexen Systemen zu experimentieren, die wir noch nicht wirklich verstehen, gehen wir auch unbeabsichtigt gewisse Risiken ein.»

Doch die Forschung – und auch diese Studie – sei eben gerade dazu da, genau dies kontrollieren zu lernen, wovor die Menschen Angst hätten, nämlich unbeabsichtigte Konsequenzen. Es sei letztlich egal, ob es sich dabei um selbstfahrende Autos, Gentechnologie oder andere komplexe und autonome Systeme handle, mit denen die Menschen immer mehr konfrontiert seien.

(dhr)

Bei Walmart arbeiten schon über 100 Roboter

Video: srf/SDA SRF
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