忘記星際迷航一代的火神思想融合 - 就精神控制技術(shù)而言，細(xì)菌是下一個(gè)前沿。

在7月16日發(fā)表在自然出版集團(tuán)的一部分科學(xué)報(bào)告上的一篇論文中，弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家使用數(shù)學(xué)模型來證明細(xì)菌可以控制像機(jī)器人這樣的無生命裝置的行為。

“基本上我們?cè)噲D從數(shù)學(xué)模型中找出我們是否可以在無生命的宿主上構(gòu)建活的微生物組并通過微生物組控制宿主，”農(nóng)業(yè)與生命學(xué)院生物系統(tǒng)工程助理教授魯?shù)抡f?？茖W(xué)與工程學(xué)院。

“我們發(fā)現(xiàn)機(jī)器人確實(shí)可以擁有一個(gè)正常工作的大腦，”他說。

對(duì)于以后的實(shí)驗(yàn)，羅德正在建造現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)器人，將有閱讀細(xì)菌基因表達(dá)水平的能力大腸桿菌使用小型熒光顯微鏡。機(jī)器人將對(duì)他將在實(shí)驗(yàn)室工程的細(xì)菌做出反應(yīng)。

在廣泛的范圍內(nèi)，了解生物之間的生化傳感可能會(huì)對(duì)生態(tài)學(xué)，生物學(xué)和機(jī)器人學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

在農(nóng)業(yè)方面，細(xì)菌 - 機(jī)器人模型系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的研究，探索土壤細(xì)菌和牲畜之間的相互作用。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，進(jìn)一步了解細(xì)菌在控制腸道生理方面的作用可能導(dǎo)致以細(xì)菌為基礎(chǔ)的處方來治療精神和身體疾病。魯?shù)逻€設(shè)想可以執(zhí)行諸如部署細(xì)菌以修復(fù)漏油等任務(wù)的機(jī)器人。

研究結(jié)果還增加了人體中越來越多的關(guān)于人體細(xì)菌的研究，這些研究被認(rèn)為可以調(diào)節(jié)健康和情緒，尤其是細(xì)菌也影響行為的理論。

該研究的靈感來自現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)，其中果蠅的交配行為是使用細(xì)菌操縱的，以及在植入益生菌時(shí)表現(xiàn)出較低壓力跡象的小鼠。

Ruder的方法揭示了細(xì)菌 - 機(jī)器人系統(tǒng)通過耦合和計(jì)算模擬廣泛接受的方程式來描述三種不同元素的獨(dú)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(yīng)器和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)他們吃的東西，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的細(xì)菌通過綠色或紅色顯示它們的遺傳電路。在數(shù)學(xué)模型中，理論機(jī)器人配備了傳感器和微型顯微鏡來測(cè)量細(xì)菌的顏色，根據(jù)顏料和顏色的強(qiáng)度來判斷細(xì)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(shù)。在一個(gè)例子中，當(dāng)細(xì)菌將機(jī)器人引向更多的食物時(shí)，機(jī)器人在快速進(jìn)入其最終進(jìn)近之前暫停 - 這是捕食獵物的高階動(dòng)物的典型捕食行為。

Ruder的模擬研究還表明，這些生物合成實(shí)驗(yàn)可以在未來以最少的資金進(jìn)行，為更大的研究人員開放。

空軍科學(xué)研究辦公室資助了大腸桿菌基因電路的數(shù)學(xué)建模，弗吉尼亞理工大學(xué)學(xué)生工程師委員會(huì)已經(jīng)提供資金，將這些模型和由此產(chǎn)生的移動(dòng)機(jī)器人作為教學(xué)工具進(jìn)入課堂。

Ruder與生物醫(yī)學(xué)工程博士生Keith Heyde合作進(jìn)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(xué)生和研究人員合成生物學(xué)領(lǐng)域的民主化，”魯?shù)抡f。“將來，已經(jīng)在教室中單獨(dú)使用的基本機(jī)器人和大腸桿菌可以與這種模式聯(lián)系起來，教小學(xué)生到博士學(xué)位，了解與其他生物的細(xì)菌關(guān)系。”