211service.com
Mokslininkai, kuriantys daiktų biologinį internetą
konceptualus bakterijos Petri lėkštelėje vaizdas Michaelas Schifferis / unsplash
Įsivaizduokite, kad kuriate tobulą daiktų interneto įrenginį. Kokias funkcijas jis turi turėti? Pirmiausia jis turi turėti galimybę bendrauti tiek su kitais įrenginiais, tiek su savo žmonėmis. Ji turi turėti galimybę saugoti ir apdoroti informaciją. Ir ji turi stebėti savo aplinką įvairiais jutikliais. Galiausiai jam reikės kažkokio įmontuoto variklio.
Daugelį šių funkcijų turinčių įrenginių netrūksta. Dauguma jų yra pagrįsti plačiai prieinamais pigiais įrenginiais, tokiais kaip Raspberry Pis, Arduino plokštės ir pan.
Tačiau kitas panašias funkcijas atliekančių mašinų rinkinys yra daug gausesnis, sako Raphaelis Kimas ir Stefanas Posladas iš Londono Karalienės Marijos universiteto JK. Jie pabrėžia, kad bakterijos bendrauja efektyviai ir turi įmontuotus variklius bei jutiklius, taip pat galingą informacijos saugojimo ir apdorojimo architektūrą.
Ir tai iškelia įdomią galimybę, sako jie. Kodėl nepanaudojus bakterijų biologinei daiktų interneto versijai sukurti? Šiandien, ragindami veikti, jie išdėsto mąstymą ir technologijas, kurios galėtų tai padaryti.
Tai, kaip bakterijos kaupia ir apdoroja informaciją, yra nauja tyrimų sritis, daugiausiai dėmesio skiriant bakterijų darbiniam arkliui. Escherichia coli . Šios (ir kitos) bakterijos kaupia informaciją žiedo formos DNR struktūrose, vadinamose plazmidėmis, kurias perduoda iš vieno organizmo kitam per procesą, vadinamą konjugacija.
Praėjusiais metais Federico Tavella iš Padujos universiteto Italijoje su kolegomis sukūrė grandinę, kurioje viena nejudrių atmaina E. coli perdavė paprastą „Hello world“ žinutę judriam štamui, kuris informaciją pernešė į kitą vietą.
Toks informacijos perdavimas bakterijų pasaulyje vyksta visą laiką, sukuriant fantastiškai sudėtingą tinklą. Tačiau Tavella ir kolegos eksperimentas, įrodantis principą, parodo, kaip jį galima panaudoti kuriant savotišką biologinį internetą, sako Kimas ir Posladas.
E. coli sukurti puikią terpę šiam tinklui. Jie yra judrūs – juose yra įmontuotas variklis banguojančių, į siūlą panašių priedų, vadinamų žvyneliais, kurie sukuria trauką. Jų ląstelių sienelėse yra receptorių, kurie jaučia aplinkos aspektus – temperatūrą, šviesą, chemines medžiagas ir kt. Jie kaupia informaciją DNR ir apdoroja ją naudodami ribosomas. Ir jie yra maži, todėl jie gali egzistuoti aplinkoje, prie kurios žmogaus sukurtos technologijos sunkiai pasiekiamos.
E. coli yra gana lengva manipuliuoti ir sukonstruoti. „Pasidaryk pats“ biologijos judėjimas daro biotechnologijų priemones pigesnes ir lengviau prieinamas. The Amino laboratorija Pavyzdžiui, yra genų inžinerijos rinkinys moksleiviams, leidžiantis jiems perprogramuoti E. coli švyti tamsoje, be kita ko.
Toks biologinis įsilaužimas tampa gana įprastas ir rodo nepaprastą biologinio daiktų interneto potencialą. Kim ir Posladas kalba apie daugybę galimybių. Pasak jų, bakterijos gali būti užprogramuotos ir dislokuotos įvairiose aplinkose, tokiose kaip jūra ir „išmanieji miestai“, kad galėtų pajusti toksinus ir teršalus, rinkti duomenis ir atlikti biologinio valymo procesus.
Bakterijas netgi būtų galima perprogramuoti ligoms gydyti. Pavyzdžiui, bakterijos, kuriose yra DNR, koduojančios naudingus hormonus, gali plaukti į pasirinktą vietą žmogaus kūne ir gaminti bei išleisti hormonus, kai juos suaktyvina vidinis mikrobo jutiklis.
Žinoma, yra įvairių minusų. Nors genų inžinerija leidžia atlikti įvairius linksmus eksperimentus, tamsesnės galimybės suteikia biologinio saugumo ekspertams bemiegių naktų. Nesunku įsivaizduoti, kad, pavyzdžiui, bakterijos veikia kaip įvairių nemalonių ligų pernešėjai.
Taip pat lengva prarasti bakterijas. Vienas dalykas, kurio jie neturi, yra GPS atitikmuo. Taigi juos sekti sunku. Iš tiesų gali būti beveik neįmanoma atsekti informacijos, kurią jie perduoda, kai ji bus paleista į laisvę.
Ir čia yra viena iš problemų, susijusių su biologiniu daiktų internetu. Įprastas internetas yra būdas pradėti nuo pranešimo viename erdvės taške ir iš naujo jį sukurti kitame siuntėjo pasirinktame taške. Tai leidžia žmonėms ir vis dažniau prietaisams bendrauti tarpusavyje visoje planetoje.
Kita vertus, Kimo ir Poslado biologinis internetas siūlo būdą sukurti ir paskelbti pranešimą, tačiau mažai kontroliuoja, kur jis baigiasi. Bakterijų konjugacijos sukurtas biotinklas yra toks neįtikėtinai platus, kad informacija gali pasklisti daugiau ar mažiau bet kur. Biologai stebėjo konjugacijos procesą, perkeliant genetinę medžiagą iš bakterijų į mieles, augalus ir net į žinduolių ląsteles.
Evoliucija taip pat vaidina svarbų vaidmenį. Visi gyvi dalykai yra pavaldūs jo jėgoms. Kad ir kokia gerybinė bakterija atrodytų, evoliucijos procesas gali sukelti sumaištį dėl mutacijų ir atrankos, o pasekmių neįmanoma numatyti.
Tada yra blogų veikėjų, darančių įtaką šiam tinklui, problema. Įprastas internetas pritraukė daugiau nei nemažą dalį asmenų, kurie išleidžia kenkėjiškas programas nešvankiais tikslais. Jų susidomėjimas biologiniu daiktų internetu yra košmarų dalykas.
Kimas ir Posladas pripažįsta kai kurias iš šių problemų, sakydami, kad kuriant bakterijų tinklą iškyla naujų etinių problemų. Tokie iššūkiai suteikia daug diskusijų apie platesnį bakterijų valdomų daiktų interneto sistemų poveikį.
Tai diskusija, kurią verta pradėti anksčiau nei vėliau.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1910.01974 : The Thing with E. coli: Bakterijų integravimo į daiktų internetą ir HCI galimybių ir iššūkių išryškinimas