科学家为具有细菌性大脑的机器人开发模型

忘记星际迷航一代的火神头脑吧-就精神控制技术而言，细菌是下一个前沿领域。在今天发表在《科学报告》上的一篇论文中，这是《自然》出版集团的一部分，弗吉尼亚理工大学的科学家使用数学模型来证明细菌可以控制无生命设备(如机器人)的行为。

“基本上，我们正在尝试从数学模型中找出是否可以在非生物宿主上构建活的微生物组，并通过微生物组控制宿主，”农业学院和农业学院生物系统工程助理教授沃伦·鲁德(Warren Ruder)说。生命科学与工程学院。

他说：“我们发现机器人可能确实能够与细菌的大脑一起工作。”

对于未来的实验，Ruder正在构建现实世界的机器人，该机器人将具有使用微型荧光显微镜读取大肠杆菌中细菌基因表达水平的能力。机器人将对自己将在实验室中处理的细菌产生反应。

从广义上讲，了解生物体之间的生化传感可能会对生态学，生物学和机器人技术产生深远的影响。

在农业中，细菌-机器人模型系统可以进行可靠的研究，以探索土壤细菌和牲畜之间的相互作用。在医疗保健中，对细菌在控制肠道生理中的作用的进一步了解可能会导致以细菌为基础的处方来治疗精神和身体疾病。Ruder还设想了可以执行任务的机器人，例如部署细菌来补救漏油事件。

这些发现也增加了关于人体细菌的研究，这些细菌被认为可以调节健康和情绪，尤其是细菌还影响行为的理论。

该研究的灵感来自于真实世界的实验，其中果蝇的交配行为是通过细菌以及植入益生菌后表现出较低压力迹象的小鼠来操纵的。

Ruder的方法通过耦合并通过计算机模拟广泛接受的方程来揭示细菌机器人系统的独特决策行为，这些方程描述了三个不同的元素：大肠杆菌中的基因工程电路，微流体生物反应器和机器人运动。

根据细菌的饮食，数学实验中的细菌通过变绿或变红来展示其遗传回路。在数学模型中，理论上的机器人配备了传感器和微型显微镜，用于测量细菌的颜色，从而根据细菌的色素和颜色强度告诉细菌去哪里以及移动的速度。

该模型还以令人惊讶的方式揭示了高阶函数。在一种情况下，随着细菌将机器人引向更多食物，机器人在快速做出最终决定之前停顿了下来-这是高阶动物的典型掠食行为，它们会跟踪猎物。

Ruder的建模研究还表明，将来可以用最少的资金来进行这类生物合成实验，从而为更大范围的研究人员打开了大门。

空军科学研究所资助了大肠杆菌中基因电路的数学建模，弗吉尼亚理工大学学生工程师理事会也提供了将这些模型以及由此产生的移动机器人作为教学工具转移到教室的资金。

鲁德与康涅狄格州威尔顿市的生物医学工程博士生基思·海德(Keith Heyde)合作进行了这项研究，他研究生物燃料合成的植物工程学。

“我们希望通过这种模型帮助全世界的学生和研究人员民主化合成生物学领域，” Ruder说。“将来，可以将已经在教室中单独使用的基本机器人和大肠杆菌与该模型联系起来，以通过博士学位在小学阶段教学生与其他生物的细菌关系。”

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