Xenobots: Sinh vật sống chưa từng có trong tự nhiên, đứa con của AI và tế bào ếch

Các nhà khoa học máy tính và nhà sinh học đã hợp tác với nhau sáng tạo thế hệ mới của “robot sống” - thách thức giới hạn giữa kỹ thuật số và sinh học.

Đứa con cưng của “tình yêu” giữa trí tuệ nhân tạo và sinh học phân tử trong vài thập kỉ qua là một dạng sống mới chưa từng được biết đến trước đó. Nó nhìn giống những đốm tối lười biếng ngọ nguậy trong đĩa petri tại một phòng thí nghiệm ở Đại học Tufts.

Nhà sinh vật học Douglas Blackiston trỏ vào một mẩu đen đen chỉ nhỉnh hơn tóc người một chút; nheo mắt, và bạn có thể thấy nó nhúc nhích một chút. Nhưng dưới kính hiển vi, đốm đen này đang di chuyển lên trên và sang trái. “Cậu trai này có màu sáng hơn”, Tiến sĩ Blackiston nói.

Tiến sĩ Blackiston (trái) và Michael Levin. (Ảnh: Tony Luong/NY Times).

Nói đúng ra, những dạng sống này không có cơ quan sinh dục - không dạ dày, não hay hệ thần kinh. Dưới kính hiển vi, nó bao gồm khoảng 2.000 tế bào da sống được lấy từ phôi ếch. Mẫu vật lớn hơn - mặc dù vẫn nhỏ hơn một hạt anh túc kích thước một milimet - có các tế bào da và tế bào cơ tim.

Đây là những sinh vật lập trình được gọi là xenobots. Vì tất cả tế bào của dạng sống mới được lấy từ loài ếch Xenopus châu Phi, nên chúng được đặt tên theo giống ếch này. Cái tên cũng ám chỉ một điều gì đó kỳ lạ, khác thường, đang hoạt động.

Sinh vật này có thể tự chữa lành vết thương dù bị rách cơ học rất nặng.

Một xenobot chỉ sống được khoảng một tuần, nhưng điều đặc biệt là chúng có thể tự chữa lành vết thương, thậm chí khi cơ thể gần như bị xé ra làm đôi. Xenobots có nhiều hình dạng, tất cả được thiết kế bởi robot trong các mô phỏng máy tính, sử dụng các phương tiện như trong trò chơi video Fortnite và Minecraft. 

Tuy nhiên, sự tồn tại của dạng sống “nửa máy, nửa thịt” này có thể dấy lên những câu hỏi cơ bản về sinh học và đạo đức. “Gần như chúng ta đang chứng kiến sự ra đời của một bộ môn sinh vật tổng hợp mới. Tôi không biết đây là robot, động vật học hay thứ gì khác”, ông Hod Lipson, một nhà robot học tại Đại học Columbia, không thuộc nhóm nghiên cứu, phát biểu.

Nguồn cảm hứng từ sinh vật ảo

Xenobots tuy mới nhưng không hoàn toàn sinh ra từ hư vô. Một phần cảm hứng của chúng khởi phát từ năm 1994, khi họa sĩ đồ họa máy tính Karl Sims lần đầu tiên giới thiệu với thế giới một số sinh vật ảo.

Mỗi sinh vật này cần thực hiện một nhiệm vụ đơn giản như chiến đấu với  sinh vật kỹ thuật số khác để điều khiển một khối lập phương. Và chúng có thể tiến hóa theo thời gian. 

Xenobots có gốc tế bào da phổi của ếch. Trong ảnh là nòng nọc được tách lấy tế bào rồi đặt phôi ếch vào đĩa petri, từ đây chúng sẽ biến hóa thành xenobots.

“Tôi thấy chúng và biết rằng, đây là thứ tôi muốn làm", Sam Kriegman - cựu sinh viên Đại học Vermont nói. Anh đang sử dụng mô phỏng ảo tương tự để thiết kế robot tại trường đại học với cố vấn của mình, Joshua Bongard.

Nghiên cứu A.I hiện đại nhất đang tập trung vào những bộ óc mô phỏng lấy cảm hứng từ bộ não hữu cơ: mạng lưới thần kinh có thể đánh bại bất kỳ bộ não người nào trong các trò chơi chiến lược, hay thuật toán có thể điều khiển cơ thể robot thiết kế từ trước. Nhưng một cộng đồng nghiên cứu nhỏ hơn như Kriegman và Bongard, đang tạo ra robot có cơ thể và bộ não đơn giản phát triển song song.

Các sinh vật của Sims không bao giờ rời khỏi ngôi nhà ảo của chúng, nhưng vào năm 2000, các sinh vật ảo đã tiến bước đầu tiên vào thế giới thực. Tiến sĩ Lipson và đồng nghiệp - nhà robot học Jordan Pollock, đã kết nối một thuật toán có khả năng khiến một máy móc đơn giản tiến hóa thành máy in 3 chiều.

Tuy nhiên Kriegman và Bongard vẫn không tin thiết kế của mình có cơ hội bước khỏi thế giới máy tính. Sau đó, họ bắt đầu thực hiện một dự án cho DARPA, cánh nghiên cứu tương lai của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, với Tiến sĩ Blackiston và nhà sinh học Michael Levin. 

Quá trình nuôi cấy được theo dõi trên máy tính, hình ảnh nhận được qua kính hiển vi điện tử.

Trong một cuộc gọi giữa các thành viên, Kriegman cho mọi người xem video của một trong những sinh vật ảo mình tạo ra. Nó trông giống một cái bàn ngồi xổm và đi bằng cách đung đưa hai chân trước và sau.

“Họ nói: Hiện tại có một công nghệ đang tồn tại để tạo ra những thứ như thế này”, tiến sĩ Blackiston nhớ lại. Nhưng với ông, sinh vật trông đơn giản hơn nhiều: nó giống một khối tế bào. “Tôi đã nói: Tôi cá là chúng ta có thể làm được cái này, và tôi nghĩ một số người đã cười cợt ý tưởng của tôi”,

Blackiston bắt tay vào làm. Ông lấy trứng ếch đã thụ tinh, mở chúng ra và thu thập các tế bào da từ phôi bên trong mỗi con. Thông thường, những tế bào này sẽ phủ trên bề mặt của một con nòng nọc và xua đuổi mầm bệnh; bây giờ chúng có một số phận khác.

Tiếp theo, Tiến sĩ Blackiston dồn các tế bào da vào một lọ nhỏ, tạo thành một quả bóng sữa. Chẳng mấy chốc, các tế bào dính lại với nhau. Sau đó, ông cắt bỏ một số phần của quả bóng và tạo ra một “tác phẩm” bằng da sống, có kích thước bằng một hạt muối mịn, trông giống như sinh vật ảo của Kriegman. Hai tuần sau, ông cho các nhà khoa học máy tính ở Vermont nhìn bức ảnh của dạng sống này.

“Chúng tôi chết lặng. Ngay khoảnh khắc thấy thực thể này, toàn thời gian, cả hai phòng thí nghiệm đắm đuối vào nghiên cứu chúng”, tiến sĩ Bongard nói.

Chức năng đầy tham vọng của xenobots

Tại Vermont, các nhà nghiên cứu bắt đầu kiến tạo hành vi cho những dạng sống này. Đầu tiên một thuật toán tạo ra nhiều thiết kế cơ thể ngẫu nhiên; một số chỉ ngồi, số khác lắc lư hay đi về phía trước. Sau đó, thuật toán chọn những thực thể tốt nhất và tạo ra thế hệ tiếp theo; từ đây, một thế hệ khác được sinh ra, và cứ thế, mỗi thế hệ kế đều là tinh túy chắt lọc từ thế hệ cũ. Ví dụ, một dạng sống được thiết kế để có thể mang vật thể trên người đã phát triển một khoang trung tâm để chứa đồ.

Trong báo cáo và trên báo chí, nhóm nghiên cứu đã gợi ý những công việc mà một ngày nào đó xenobots có thể làm: Dồn các vi nhựa trong đại dương thành một khối lớn hơn để dễ dàng thu gom, đưa thuốc đến một khối u cụ thể, cạo mảng bám trong thành động mạch của con người. Và các xenobots này sẽ phân hủy sinh học sau khi dùng hết “dinh dưỡng” bên trong tế bào của chúng. 

“Bắt đầu tưởng tượng về những điều xenobots có thể làm đã thật sự hấp dẫn lắm rồi. Nghĩ thử xem, một cái máy có thể sống? Một cái máy vừa có thể phân hủy sinh học vừa có thể được lập trình?” nhà sinh học tổng hợp Christina Agapakis ở Boston không tham gia trong nghiên cứu ngạc nhiên nói.

• Người Việt chế robot sống nhỏ nhất thế giới
• Cây robot: Một phát minh có thể cứu sống sinh mạng hàng triệu người?