まったく新しい存在が科学の歴史に名を刻もうとしている。人工知能によって設計された生きたロボットだ。
今週初めに発表された論文の中で、バーモント大学のコンピューター科学者とタフツ大学の生物物理学者たちは、AIを用いてカエルの幹細胞から全く新しい生物を設計し、その設計に基づいて実際に小型の生体ロボットを作製したと述べています。彼らの主な目標は、これらの最先端の生物を用いて、あらゆる種類の細胞がどのように互いにコミュニケーションをとるのかをより深く理解することです。
これらの「ゼノボット」は食べることも繁殖することもできず、寿命も1週間ほどしかないため、フランケンフロッグの侵略はそれほど心配する必要はないでしょう。彼らができることは、歩くこと、泳ぐこと、物を押すこと、運ぶこと、そして集団で協力することだけです。これらは、細胞の寄せ集めで作られた初めてのロボットとしては、大きな成果です。
これを実現するために、バーモント大学のチームは、異なる形状の皮膚細胞と心臓細胞の組み合わせが現実世界でどのように振る舞うかを数万回シミュレーションできるAIを開発しました。タフツ大学のチームは、これらの予測の一部を用いて、カエルの胚から採取した幹細胞から機能的な生物を構築しました。
研究チームは、胚の周辺領域（通常は成長過程の後半で皮膚や心筋に発達する領域）を切り取ることで、これらの細胞を採取します。彼らは手作業で組織を単一細胞に細分化し、基本的に型のようなものに組み込みます。
まるでゼリーを作るようなものです。ごちゃ混ぜになったこれらの細胞が、互いに協調して働くとは思えないかもしれません。言い換えれば、ゼリーが液体のドロドロの状態から、もぞもぞとした半固形の食品に変化することは決してありません。しかし、「彼らが作り上げているのは単なるごちゃ混ぜではありません」とタフツ大学の生物物理学者マイケル・レビンは言います。「機能的で、まとまりのある有機体なのです。」
その微生物は、収縮するように設計された心筋細胞の特性に基づいて動きます（これが心臓の鼓動です）。ミシガン州立大学の微生物学者で、この研究には関わっていないクリストファー・アダミ氏は、皮膚細胞は、体内での役割と同じように、すべてのものをまとめる役割を果たしていると語ります。
ゼノボットを型から取り出した後、チームはAI設計によって予測された形状に手作業でトリミングする。彼らは動き回るゼノボットのレシピを考案し、毎回同じ機能を果たす生物を生み出すことができるとレビン氏は語る。このような生物は、最終的には薬物送達の改善など、研究室外での実用的な応用につながる可能性がある。
これはほんの第一歩に過ぎない。「コンピューターで生成された生物を生物に変換するというのは新しいことです」とアダミ氏は言う。しかし、この方法が医療技術を生み出すまでに、あるいは細胞の働きに関する新たな知見をもたらすまでに、どれくらいの時間がかかるのかは不明だ。
しかし、これは有望な成果だ。「ロボットの行動をシミュレーションから現実世界へ移行させることは非常に困難ですが、この新しい論文は素晴らしい結果を示しています」と、イェール大学のロボット工学エンジニア、レベッカ・クレイマー＝ボッティリオ氏はポピュラーサイエンス誌へのメールで述べた。「チームが生きた細胞を用いてシミュレーション上の設計と行動を実現したことは、生体適合性ロボット、そして生体組織の弾力性と知性を活用したソフトロボットを将来的に生み出す可能性を示す、特に有望な兆候です。」
現時点では、チームはSF的な医学的可能性ではなく、基礎科学に焦点を当てています。彼らは、細胞同士がどのようにコミュニケーションをとるかをより明確に示すゼノボットのレシピの作成に取り組んでいます。ゼノボットが電気や化学信号といった手段を使って協調していることは分かっていますが、現時点では、細胞同士が何を話しているのか、また、どのような形状を作るのかをどのように決定しているのかは、全く分かっていません。
「生きたロボット」を作る方法は一つではなく、このカエルが初めてではありません。他のチームは遺伝子工学や様々な組織生成法を用いて、本来の機能とは異なる機能を実行できる細胞を作り出しています。バージニア大学（UVM）のコンピューター科学者ジョシュ・ボンガード氏によると、ここでの真の進歩はAIを用いてゼノボットを設計した点です。コンピューターは「基本的に、何十億ものゼノボットの設計図を試行錯誤している」と彼は言います。この研究は、現実世界で機能する設計を作り出す上で、AIがどれほど効果的であるかを示しています。
SF小説のように聞こえるかもしれませんが、人間は常に生物を改造しており、何千年も前からそうしてきました。しかし、そのプロセスは通常数十年、あるいは数世紀もかかります。トウモロコシのような栽培作物は、野生の祖先とはあまり似ていません。そして、最終的な結果を正確に制御することはほぼ不可能です。
ボンガード氏は、全く新しい生物の創造は多くの倫理的問題を提起することを認めている。たとえこれらの生物が私たちが理解するような思考や感情を持たないとしてもだ。技術が発展するにつれ、ゼノボットが倫理的に扱われることを保証するための規制を最終的に策定する必要があるかもしれないと彼は言う。
しかし、「これらは、通常私たちが考える意味では生きているわけではありません」とアダミ氏は指摘する。「刺激を受けて反応する組織なのです。」
これらのロボットが今後どうなるのか、そして細胞の仕組みについて何がわかるのかはまだ分からない。レビン氏が最も興味を持っているのは、細胞がどのようにコミュニケーションをとるのかを研究することだ。「生物学の観点から見れば、個々の細胞がどのように協力し合い、どのような体を作るかをどのように決定するのかを理解することが大きな課題です」とレビン氏は語る。「これはまさにサンドボックスです。」
細胞間コミュニケーションの理解は、生物科学の未来にとって不可欠になるだろうと彼は言う。「私たちは基本的に、1940年代のコンピュータサイエンスと同じ状況にあります。何かを再プログラムするには、配線を動かしてハードウェアを再プログラムする必要がありました」と彼は言う。この場合、それは遺伝子工学を意味します。「私たちはソフトウェアをより深く理解するために前進しなければなりません。」
しかし、そのためには、細胞をより精密に物理的に制御する技術の開発が必要になるかもしれないとアダミ氏は述べている。現時点では、研究チームはゼノボットを物理的に構築する必要があり、最終的にはプロセスを自動化したいと考えているものの、そのような生物を3Dプリントする技術はまだ遠いとアダミ氏は述べている。
「これらは胚です。とても小さいです。そして、皆さんが望むレベルでこれを行うための機械は、実際には私たちにはないと思います」とアダミ氏は言う。
しかし、たとえ数が少なかったとしても、これらの微小な生物は、細胞がどのようにして形成されるのかという重要な情報をもたらす可能性がある。
