具有細菌控制的大腦的機器人模型

忘記星際迷航一代的火神思想融合 - 就精神控制技術而言，細菌是下一個前沿。

在7月16日發表在自然出版集團的一部分科學報告上的一篇論文中，弗吉尼亞理工大學的科學家使用數學模型來證明細菌可以控制像機器人這樣的無生命裝置的行為。

“基本上我們試圖從數學模型中找出我們是否可以在無生命的宿主上構建活的微生物組并通過微生物組控制宿主，”農業與生命學院生物系統工程助理教授魯德說。科學與工程學院。

“我們發現機器人確實可以擁有一個正常工作的大腦，”他說。

對于以后的實驗，羅德正在建造現實世界的機器人，將有閱讀細菌基因表達水平的能力大腸桿菌使用小型熒光顯微鏡。機器人將對他將在實驗室工程的細菌做出反應。

在廣泛的范圍內，了解生物之間的生化傳感可能會對生態學，生物學和機器人學產生深遠的影響。

在農業方面，細菌 - 機器人模型系統可以實現強大的研究，探索土壤細菌和牲畜之間的相互作用。在醫療保健領域，進一步了解細菌在控制腸道生理方面的作用可能導致以細菌為基礎的處方來治療精神和身體疾病。魯德還設想可以執行諸如部署細菌以修復漏油等任務的機器人。

研究結果還增加了人體中越來越多的關于人體細菌的研究，這些研究被認為可以調節健康和情緒，尤其是細菌也影響行為的理論。

該研究的靈感來自現實世界的實驗，其中果蠅的交配行為是使用細菌操縱的，以及在植入益生菌時表現出較低壓力跡象的小鼠。

Ruder的方法揭示了細菌 - 機器人系統通過耦合和計算模擬廣泛接受的方程式來描述三種不同元素的獨特決策行為：大腸桿菌中的工程化基因回路，微流體生物反應器和機器人運動。

根據他們吃的東西，數學實驗中的細菌通過綠色或紅色顯示它們的遺傳電路。在數學模型中，理論機器人配備了傳感器和微型顯微鏡來測量細菌的顏色，根據顏料和顏色的強度來判斷細菌的顏色和速度。

該模型還以驚人的方式揭示了更高階函數。在一個例子中，當細菌將機器人引向更多的食物時，機器人在快速進入其最終進近之前暫停 - 這是捕食獵物的高階動物的典型捕食行為。

Ruder的模擬研究還表明，這些生物合成實驗可以在未來以最少的資金進行，為更大的研究人員開放。

空軍科學研究辦公室資助了大腸桿菌基因電路的數學建模，弗吉尼亞理工大學學生工程師委員會已經提供資金，將這些模型和由此產生的移動機器人作為教學工具進入課堂。

Ruder與生物醫學工程博士生Keith Heyde合作進行了他的研究，他研究生物燃料合成的植物工程。

“我們希望通過這種模式幫助世界各地的學生和研究人員合成生物學領域的民主化，”魯德說。“將來，已經在教室中單獨使用的基本機器人和大腸桿菌可以與這種模式聯系起來，教小學生到博士學位，了解與其他生物的細菌關系。”