模型機(jī)器人與細(xì)菌控制大腦

日期：2015-07-22 11:43:21

在公布的7月16日一紙科學(xué)報(bào)告，這是自然出版集團(tuán)的一部分，一弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家用數(shù)學(xué)模型證明，細(xì)菌可以控制像機(jī)器人一樣的無生命的設(shè)備的行為。

“基本上，我們?cè)噲D從數(shù)學(xué)模型發(fā)現(xiàn)，如果我們能在一個(gè)無生命的主體上建立一個(gè)活微生物，并通過微生物控制主體，”羅德，生物系統(tǒng)工程助理教授在農(nóng)業(yè)和生命學(xué)院表示，科學(xué)與工程學(xué)院。

“我們發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人可能確實(shí)有一個(gè)工作的大腦，”他說。

對(duì)于以后的實(shí)驗(yàn)，羅德是建設(shè)現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)器人。在大腸桿菌上使用小型熒光顯微鏡，該機(jī)器人將響應(yīng)細(xì)菌他將設(shè)計(jì)在他的實(shí)驗(yàn)室。

在大規(guī)模了解生物之間的生化檢測(cè)可能在生物學(xué)，生態(tài)學(xué)，和機(jī)器人有深遠(yuǎn)的影響。

在農(nóng)業(yè)方面，探索土壤細(xì)菌和牲畜之間的交互。在醫(yī)療領(lǐng)域，進(jìn)一步了解細(xì)菌在腸道的控制作用生理學(xué)會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌為主的處方來治療心理和生理疾病。羅德還設(shè)想了機(jī)器人可以執(zhí)行任務(wù)，例如部署細(xì)菌修復(fù)漏油。

調(diào)查結(jié)果還加入到不斷增長(zhǎng)的研究機(jī)構(gòu)有關(guān)的細(xì)菌在被認(rèn)為是規(guī)范的健康和情緒，特別是理論，即細(xì)菌也影響行為和人的身體。

這項(xiàng)研究的靈感來自現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)中果蠅的交配行為是利用細(xì)菌操縱，以及小鼠表現(xiàn)出較低的壓力的跡象時(shí)，益生菌植入。

羅德的做法揭示獨(dú)特的決策行為由細(xì)菌機(jī)器人系統(tǒng)由耦合和計(jì)算模擬，描述三個(gè)不同的元素被廣泛接受的公式：在工程基因電路大腸桿菌，微流體生物反應(yīng)器，和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的細(xì)菌表現(xiàn)出他們的基因電路被接通或者綠色或紅色，根據(jù)他們吃什么。在數(shù)學(xué)模型中，理論機(jī)器人配備傳感器和一個(gè)微型顯微鏡來測(cè)量細(xì)菌的顏色，告訴它在何處以及如何快速取決于顏料和顏色的強(qiáng)度。

該模型還以令人驚訝的方式揭示了高階函數(shù)。高階動(dòng)物秸稈獵物的經(jīng)典掠奪行為 - 在一種情況下，作為細(xì)菌指揮機(jī)器人對(duì)更多的食物，機(jī)器人前迅速作出了最后的辦法。

羅德的建模研究還表明，這些種類的生物合成實(shí)驗(yàn)可以在將來進(jìn)行的資金的最小量，開辟領(lǐng)域研究人員的一個(gè)更大的空間。

科學(xué)研究空軍辦公室資助的基因電路的數(shù)學(xué)建模大腸桿菌和弗吉尼亞理工大學(xué)的學(xué)生工程師理事會(huì)提供資金，將這些模型和產(chǎn)生的移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)課堂作為教學(xué)工具。

羅德與生物醫(yī)學(xué)工程博士研究生基思HEYDE，誰研究植物工程為合成生物燃料合作進(jìn)行他的研究。

“我們希望能幫助民主化合成生物學(xué)的學(xué)生和研究人員的領(lǐng)域在世界各地與此模型中，”羅德說。“在未來，簡(jiǎn)陋機(jī)器人和大腸桿菌那些已經(jīng)普遍采用單獨(dú)在教室里，可以用這個(gè)模型通過博士級(jí)約與其他生物細(xì)菌的關(guān)系，教小學(xué)的學(xué)生聯(lián)系在一起。“