Združevanje in vitro inteligence in umetne inteligence z ustvarjanjem novih oblik

Pojem in vitro inteligenca je povzet po članku Vahri McKenzie, Nathan John Thompson, Darren Moore in Guy Ben-Ary: cellF: Surrogate Musicianship as a Manifestation of In-Vitro Intelligence v zborniku Eduardo Reck Miranda (ur.) Handbook of Artificial Intelligence for Music Foundations, Advanced Approaches, and Developments for Creativity, Plymouth, 2021, str. 915

V prispevku so predstavljene smernice, ki so bile uporabljene pri oblikovanju in izvajanju različnih sestavnih delov biobota (Biohibridni roboti, ali tudi bioboti, predstavljajo edinstveno vrsto robotov, ki v svojo zasnovo vključujejo biološki del, kot so živa tkiva ali celice, z namenom izboljšanja specifične funkcionalnosti in opravljanja nalog, ki jih običajni roboti ne morejo izvesti. Ti roboti se lahko ustvarijo z združevanjem umetnih materialov z živimi celicami ali z neposrednim manipuliranjem z živimi organizmi za izvajanje posebnih nalog.), s poudarkom na njegovi fizični obliki in njegovemmestu v svetu umetnosti. Poleg tega se na kratko dotaknemo festivala Ars Electronica 2022 in njegove teme oziroma usklajenosti te teme z na njem do takrat prvič predstavljeno varianto biobota (Začetek pisanja članka sovpada z vzpostavljanjem zasnove biobota – AI/ARThropods, ki je bil predstavljen na festivalu Ars Electronica. Medtem ko je bila glavna točka zasnove biobota tehnična plat projekta, so se ključni netehnični razmisleki (oziroma vprašanja) v zvezi z etiko in filozofijo biobota pojavili v kontekstu tematike festivala. Projekt Biobot se je od takrat razvil skozi iteracije predstavitev na dogodkih, kot sta Biobot: Plastičnost (Kapelica, 2022) in Biobot: KonSekvence (Cukrarna, 2023). Ta razvoj je prinesel nova razmišljanja, ki so vključena tudi v prispevek.), kjer je računalniški evolucijski program skupaj s signali iz nevronskih celic izračunaval oblike robotov. Za biobota lahko zapišemo, da je večletni umetniški projekt, katerega cilj je ustvariti kibernetični organizem s kombinacijo bioloških, elektronskih, strojnih in podatkovnih komponent. Pri projektu so bila vključena različna znanstvena področja, mdr. tkivno inženirstvo, elektronika, strojništvo in računalniško programiranje. Za ustvarjanje optimalnega okolja za rast nevronov je bil razvit razstavni inkubator, ki je lahko zdrževal potrebno okolje oz. pogoje za biobota, kot so ločeno temperaturno območje na posameznih Peltierjevih ploščah (9), vlažnost in vsebnost ogljikovega dioksida, omogočal pa je tudi takojšen pogled na večelektrodno polje (MEA) z nevronskimi celicami, kot tudi njihovo povečavo z mikroskopom, vgrajenim v inkubator. Za potrebe biobota je bil dodan tudi komunikacijski kanal za dekodiranje električnih impulzov, ki jih oddajajo nevroni (platforma Open Ephys). Končni cilj je vzpostaviti povezavo med stimulacijo nevronov in različnimi manifestacijami, vključno s senzoričnimi vhodi/izhodi, zvokom in gibanjem. Kot primer lahko navedemo, da se je pri zasnovah zunanje podobe biobota uporabljala manifestacija oblikovanja, ki se je pogosto opirala na haptične senzorje. To je določalo vzorec gibanja, za razliko od idejnih zasnov, ki bi vodile v manifestacije oblik, ki bi jih poganjale gojene skeletne mišice. Tako smo, glede na konstrukcijsko zasnovo določene zahteve (npr. haptični senzor), iskali možnost oblike, ki je temu prilagojena. Kot primer je krčenje in širjenje uporovne niti pogojevalo raztezanje in krčenje lahke PVC-cevi. Končna oblika bi lahko spominjala na gibanje črvov. Ker so se med različnimi predstavitvami obravnavali različni deli sistemske enote biobota, se je kot vodilo projekta izpostavilo, da biobot nima določene oblike in da se le-ta lahko spreminja glede na potrebe tkivnega ali robotskega inženiringa. Tako se lahko opira na določene lastnosti gibanja, ki izhajajo iz naravne evolucije in ki bi lahko nekoč tvorila knjižnico gibanj in s tem tudi oblik za bodoče biobote. V letu 2022 so bili signali iz nevronov združeni z evolucijskim algoritmom umetne inteligence, da bi ustvarili biobotovo podobo, s čimer sta se pri ustvarjanju kibernetične oblike življenja združili in vitro inteligenca in umetna inteligenca. (Za določitev oblike biobota se uporablja evolucijski program, ki uporablja izhodne signale iz nevronov, da načrtuje konfiguracije, sorodne gibom različnih sklopov robotov s prostostnimi stopnjami. Umetna inteligenca (AI) predlaga najoptimalnejšo skeletno sestavo za gibanje. Rezultati se odražajo v oblikah nepredvidljivih zoomorfnih teles, ki jih algoritem ponuja v skladu z možnostmi gibanja, umetnik pa jih izbira glede na svoj interes za nepopolno gibanje. Algoritmično iskanje oblike robota glede na stimulirano biološko aktivnost se razkriva kot neobvladljiv evolucijski proces z iteracijami signalov gojenih živčnih celic. Projekt razkriva možnosti hibridnega biokibernetičnega življenja s svojo lastno estetiko, inteligenco in gibanjem.) To zlitje je osrednji koncept projekta in predstavlja umetniško vizijo za prihodnost v slogu načrta B.

Namreč na umetniškem festivalu Ars Electronica (Festival, ki je bil ustanovljen leta 1979 v Linzu, se je po ustanovitvi muzejskega centra Ars Electronica razširil na neodvisne umetniško-znanstveno-tehnološke projekte, predstavitve in delavnice ter produkcijski studio Futurelab za raziskovanje prihodnosti umetnosti in tehnologije. S povezavami z različnimi institucijami in sodelovanji na nacionalni in mednarodni ravni Ars Electronica danes velja za vodilni razstavni dogodek na področju umetnosti, znanosti in tehnologije.) septembra 2022 je bila tema prenove ekosistemov obravnavana s sloganom Dobrodošli na planetu B. Tema festivala planet B se je želela izogniti eskapizmu in namesto tega pozvati k spremembi načina delovanja in sobivanja z drugimi ekosistemi na tem planetu. Slogan je imel namen služiti kot platforma za umetnike, tehnologe in znanstvenike, ki so na festivalu razmišljali o prihodnosti sodobne družbe in jo v mislih snovali. Plakat festivala je sporočal, da domišljijski eskapizem in tehnološka kolonizacija ne moreta rešiti vprašanja planeta B, namesto tega pa je udeležence in obiskovalce spodbujal k soočenju s krizo, ki ogroža naš planet.

Ozadje slogana planet B je izhajalo z dogodka 1. marca 2019, ko so Združeni narodi desetletje od leta 2021 do 2030 razglasili desetletje obnove ekosistemov. Namen te globalne pobude je bil spodbujati dejavno sodelovanje človeštva pri obnovi degradiranih ekosistemov, reševanje krize podnebnih sprememb ter povečanje splošne energetske in prehranske varnosti ob zagotavljanju pravične oskrbe s čisto vodo in varovanje biotske raznovrstnosti. Leto pozneje, 11. marca 2020, je Svetovna zdravstvena organizacija (WHO) razglasila covid-19 za pandemijo. Generalni direktor je navedel skrb vzbujajočo stopnjo neodzivnosti nacionalnih politik in posameznikov pri zajezitvi širjenja virusa, s čimer je posredno poudaril povezanost človeštva s stanjem Zemlje. Ta povezanost je posameznike spodbudila k upoštevanju karantenskih protokolov, če že ne k občutku povezanosti s celotnim planetom. Če na pandemijo covida-19 pogledamo s statističnega vidika, je bilo do septembra 2022 zabeleženih več kot 616 milijonov primerov novega koronavirusa in 6,5 milijona potrjenih smrti. Lahko pa preučimo tudi vpliv pandemije na biopolitične, gospodarske in družbene spremembe. Razglasitev pandemije je sprožila vprašanja o zdravstvenih pravicah posameznikov. Poleg tega so motnje v proizvodnji in dobavnih verigah povzročile obsežno pomanjkanje osnovnih zalog. Nasprotno pa so omejitve prometa povzročile zmanjšanje onesnaževanja. Če to zmanjšanje onesnaževanja prispeva k uspešnemu okrevanju ekosistemov, ga glede na okoliščine ne moremo obravnavati kot prostovoljno prizadevanje človeštva k rešitvi raznovrstnega življenja na planetu.

Jezik, ki se uporablja za razglasitev pandemije in desetletja, se bistveno razlikuje. Razglasitev pandemije vključuje konkretne ukrepe in predpise, medtem ko je obnova ekosistemov splošnejša izjava, ki si jo je mogoče razlagati na različne načine. Razlike v stopnji izjavljanj, ki nekaj odrejajo ali zgolj sporočajo, pa lahko beremo pri obeh že na ravni slovnice. Timothy Morton je ameriški filozof, ki je izpostavil problem jezika pri opisovanju ekoloških bitij in opozoril na pomanjkanje ustreznega zaimka. Po njegovem mnenju je jezik fosil človeške misli, ki zavira izražanje misli o človeških in nečloveških bitjih ter onemogoča vzpostavitev občutka sožitja med njimi. (Timothy Morton: Humankind: Solidarity with Nonhuman People, London, str. 18) Ko se je spraševal o ekološkem zaimku, je kot problematično izpostavil slovnico izjavljanja. Opazil je, da ne obstaja možnost zaimka, ki bi bil povsem primeren za opisovanje ekoloških bitij. Morton sam ne zmore uporabljati tega ekološkega zaimka, ker je njegova glavna prepreka ravno slovnica. Zato si Morton prizadeva za vzpostavitev novih načinov razmišljanja, mišljenja in izjavljanja, tudi preko pisave. Zaveda se izgube metagovorice in tega, kako je ta pripeljala do hipokritskih izjav. Čas hipokrizije sovpada s hiperobjekti, pojmi, kot jih sam razvrsti v skupni imenovalec, ki označujejo skupek stvari, množično razporejenih po prostoru in času-mnoštva ljudi. Pri tem je zanimiva njihova dvojna naloga, pri čemer bi se osredotočili na prvo: »Odpraviti idejo, da je možna metagovorica, ki bi o stvareh lahko govorila, ne da bi jo te kontaminirale.« (Timoty Morton: Hiperobjekti; Filozofija in ekologija po koncu sveta, Ljubljana, 2018, str. 15) Mortonova želja po vzpostavitvi ekološkega zaimka odraža njegovo željo po zavestnem sobivanju z nečloveškimi živimi bitji. V tem vidi razširitev humanizma, kjer sta sočutje in solidarnost z nečloveškimi bitji bistvena za to, da si ali da postaneš človek. Morton poudarja odpor proti kapitalistični logiki, ki nas želi oropati sobivanja s podeljevanjem avtorskih pravic, patentov in lastništva nad živimi oblikami, kar sam vidi kot nad gradnjo oziroma redefinicijo ideje humanizma: biti oziroma postati človek je mogoče z vedno novim ustvarjanjem povezav z nečloveškimi bitji preko sočutja in solidarnosti.V sorodnem premišljevanju tako o kapitalistični logiki kot o odnosu človeka do ekologije oziroma odnosov človek-žival je ameriška feministična filozofinja in avtorica Manifesta kiborgov Donna Haraway izpostavila misel britanske socialne antropologinje Marilyn Strathern: »Pomembno je, katere ideje uporabljamo za razmišljanje o drugih idejah.« (Donna J. Haraway: Staying with the trouble; Making Kin in the Chthulucene, London, 2016, str. 349) Harawayeva spodbuja skupnostni model branja, pri čemer upošteva vse odnose človek-žival-rastlina-kiborg-ekologija in uvaja analogijo sorodstva z vsemi nečloveškimi, večvrstnimi odnosi. Preučevanje teh odnosov z delovanjem kapitala je vodilno načelo etične misli, ki jo je mogoče brati na različnih (hierarhičnih) ravneh: npr. lokalno/nacionalno/planetarno/zasebno/javno/človeštvo/živa_bitja/kiborgi/vrste/klasifikacija/vrednost_in_vrednota …

Zamisel o rezervnem načrtu za planet B bi lahko uvrstili v sistemsko ureditev, kot je obstoječe vlaganje industrije fosilnih goriv v alternativne vire energije. Lahko pa jo obravnavamo tudi kot prostor umetniške svobode. Planet B ima neomejene možnosti za utopijo. Vendar bi se ta idealizirani prostor lahko v resničnosti izkazal za problematičnega, zlasti če postane avtokratski in ne nagovarja svobode preostalih. Kot alternativo lahko spremenimo znani pregovor: če verjamete, da bo tehnologija rešila vse vaše težave, potem ne razumete tehnologije in tudi ne razumete svojih težav (Pregovor je humorno uporabila na predavanju o svoji umetnosti pionirka elektronske glasbe Laurie Anderson, ki je prejela nagrado zlato niko Ars Electronica 2022 kot priznanje za svoje vizionarsko pionirsko delovanje na področjumedijske umetnosti. Več: https://ars.electronica.art/planetb/en/visionary-pioneers-laurie-anderson/); spremenimo ga zgolj z zamenjavo tehnologije s pojmom umetnost. Čeprav ta analogija morda ne deluje popolnoma, saj nihče ne pričakuje, da bo umetnost reševala probleme, jo lahko prilagodimo tako, da se slovnično pravilno bere: »Če ne verjamete, da bo umetnost rešila vse vaše težave, potem ne razumete umetnosti in tudi ne razumete svojih težav.« Sprva se zdi, da iskanje nove slovnice in raziskovanje korenin misli, ki mislijo misli, otežujeta komunikacijo. Vendar lahko privede tudi do bolj dialoškega in svobodnega načina izražanja, čeprav ni nujno, da besedno bogatejšega in brez (hierarhičnih) opazk razrednih (vrstnih itd.) razlik med izjavljajočimi.

Projekt Flaneuron (2018) je predhodnik projekta Biobot, vendar bi lahko trdili, da je Biobot naravno nadaljevanje mnogih prejšnjih projektov. Ti so raziskovali teme, kot sovrednost in vrednota, živo proti neživemu, figura-telo, pogosto na bolj vsebinski ravni kot na ravni neposredne manipulacije biološkega živega materiala. Kot take bi lahko umetniške projekte brali kot filozofske in v polju prevpraševanja etičnosti. Zgolj za ilustracijo bi lahko zasnove biobota zasledili tudi že pri instalaciji Vacantijevih miši (2003). (Vacantijeve miši so skulpture, sestavljene iz nagačenih miši, ki imajo na kožuščke pritrjena ušesa iz lateksa. Umetniški koncept tega projekta je predvideval prihodnost, v kateri bi žive miši lahko prodajali kot hišne ljubljenčke osamljenim posameznikom, ki bi se z njimi pogovarjali, čeprav se miši dejansko ne bi odzivale na zvok. Gojena človeška ušesa na miših bi bila gluha.) Tudi če bi bila takrat to možna prihodnost in če za trenutek prezremo možnosti etičnih pomislekov ali primernega načina obravnave vprašanja osamljenosti, takih živih miši ne bi mogli šteti za umetniška dela, vsekakor pa bi lahko bile kulturni artefakti. Vacantijeve miši (kipi) so bile v smislu konceptualnega področja vzpostavljanja odnosov z novo ustvarjenimi živimi oblikami kot umetniškimi deli, nekakšne predhodnice biobotove zasnove: ko umetnost z uporabo živih materialov za ustvarjanje novih oblik vstopa na novo področje, se pri nastalih bitjih pojavljajo ontološka in etična vprašanja o njihovem statusu in ustreznih protokolih za ravnanje z njimi.

Čeprav je razvoj biohibridnih robotov v neumetniških panogah pomemben za napredek posameznikov in družbe kot celote, umetniška vrednost biobotov ni povezana z njihovo praktičnostjo, ampak s pojavnostjo. Biobot je pojavna oblika, ki si zasluži pozornost, razumevanje in nov pristop k nagovarjanju. Kljub temu, da hibridna narava biobota vključuje metafizično disfunkcionalnost, zavedanje o ranljivosti življenja na toksičnem planetu odpira nove razsežnosti v razvoju in kompleksnosti biobota. Projekt uporablja biološki material z genetskim zapisom avtorja, povezanega z umetno inteligenco. Delo umetnika je preseglo človeško kulturo in vstopilo v nedoločen prostor, kjer potekajo dogodki, ki jih ne nadzira človeška dejavnost. Ta premik od mimetične umetnosti k neposrednemu ustvarjanju življenja je odprl nove estetske možnosti, ki jih morda še ne podpirajo popolnoma slovnična pravila teorije umetnosti. Težava z jezikom ni v strukturiranju misli, temveč v moči, komunikaciji in poslušanju. Projekt Biobot si prizadeva združiti biološko živo tkivo z umetno inteligenco za ustvarjanje novih oblik robotov z uporabo signalov iz živčnih celic, pridobljenih iz maščobnega tkiva umetnika. V večletni umetniški raziskavi je skupina strokovnjakov skupaj z umetnikom raziskovala in razvijala nevronske celice, ki bi obdelovale vhodne signale in sooblikovale generiranje oblik biobota. Matične celice maščobnega tkiva (ADSC) so se pretvorile v živčne celice, ki so bile gojene na večelektrodnem polju (MEA). Preko biosenzorskega sistema Open Ephys se je signal iz nevronov pretvoril iz analogne v digitalno obliko, nato pa ga je umetna inteligenca uporabila za iskanje najustreznejše oblike za robota in njegovo gibanje v prostoru. Pri tem se je biobot navezoval na raziskavo, objavljeno v članku z naslovom RoboGrammar; ta vključuje slovnična pravila v obliki grafov z namenom optimiziranega oblikovanja robotov. (Allan Zhao, Jie Xu, Mina Konaković-Luković, Josephine Hughes, Andrew Spielberg, Daniela Rus, Wojciech Matusik: RoboGrammar: Graph Grammar for Terrain-Optimized Robot Design; Massachusetts Institute of Technology, 2020, DOI: 10.1145/3414685.3417831) RoboGrammar je avtomatiziran pristop za generiranje optimiziranih robotskih struktur za premagovanje simulacije terenov. Pri tem vsako zasnovo robota predstavimo kot graf in uporabimo grafno slovnico za izražanje možne ureditve fizičnih robotskih sklopov – pri čemer sledijo zasnovam tradicionalnih robotov s koračnimi motorji. Glede na členjenje teh sklopov zasnova robotov spominja na členonožce. Vsako zasnovo robota lahko tako izrazimo kot zaporedje pravil teh grafnih slovničnih pravil, ki lahko oblikuje večje generacije modelov robotov. S pomočjo grafnega hevrističnega iskanja roboti raziskujejo prostor in se preko gibanja v njem učijo funkcij, da dosežejo najboljšo zmogljivost vrednosti za posamezno zasnovo robota. Ta pristop omejuje prostor na dejansko izvedljivo načrtovanje. Z uporabo protokola RoboGrammar se optimizira množica robotov, ki so optimizirani za gibanje glede na določeno okolico, glede na gibanje v njej in glede na vhodne podatke, ki jih dajejo nevronske celice. Obstoječe konfiguracije, ki temeljijo na predlaganem raziskovalnem članku, so bile preoblikovane z uporabo računalniškega evolucijskega algoritma. Ta algoritem je omogočil vključevanje novih delov, pri čemer so se uporabljala pravila spreminjanja, ki so lahko vključevala asimetrično konstrukcijo robotskega telesa. Poleg tega je bilo telesu lahko dodano več členov, kar je vplivalo na njegove sposobnosti gibanja in ga naredilo bolj edinstvenega. Predlagana zaporedja gibanja ene same konfiguracije nudijo vpogled v delovanje evolucijskega algoritma, ki uporablja več predlaganih rešitev. Končno zaporedje sestavlja 16 različnih zaporedij, ki vsebujejo po 40 korakov. Računalniški program evolucijskega algoritma ustvari 40 različnih možnih različic za vsak korak gibanja, med katerimi izbere najboljšo različico posameznega koraka. Vsota najboljših sklepnih korakov predstavlja dejansko izvedbo zaporedja gibanja. Predlagane ocene konfiguracij temeljijo na sposobnostih gibanja. Uporabljena je živa celična kultura nevronskih celic, ki se goji in opazuje na večelektrodnem polju (MEA) v zaprtem okolju inkubatorja. Ta kultura je povezana z računalniškim evolucijskim algoritmom, ki se sproži z naključno sproženim signalom preko procesa v samem algoritmu. Uporaba pravil grafne slovnice preko evolucijskega algoritma omogoča razvoj zanke, ki dopušča nevronskim celičnim kulturam ne samo upravljanja gibanja katerihkoli konfiguracij, ampak tudi vplivanje na nadaljnji razvoj (oblike) aktivno uporabljene konfiguracije tudi glede na sposobnost prilagajanja na (spremenljivo) razstavno okolje.

METODE, OPREMA, PROTOKOLI

Kristijan Tkalec: Celična kultura

Splošni protokol za izolacijo matične celice maščobnega tkiva (angl. adipose derived stem cells, v nadaljevanju ADSC): V projektu smo uporabili matične celice, pridobljene iz maščobnega tkiva umetnika. Maščobno tkivo smo sprali s fosfatnim pufrom (PBS) z dodatkom 5-odstotnega penicilina/streptomicina (p/s). Če je bila v tkivu kri, smo ga pustili v petrijevki, po dveh urah pa zamenjali medij, da so se eritrociti ločili od tkiva. Nato smo tkivo prenesli v medij s kolagenazo tipa XI (+ PBS + 2 % p/s) in ga inkubirali 40 minut pri 37 °C. V naslednjem koraku smo s pinceto in skalpelom razrezali tkivo na čim manjše koščke in prenesli nazaj v inkubator za 30 min. Vsakih 10 minut smo premešali tkivo, da smo pospešili razgradnjo. Tkivo smo prenesli v centrifugirko in ga s pipeto še dodatno mehansko razgradili. V centrifugo smo dodali enak volumen stromalnega medija (DMEM/F12, 10 % FBS, 1 % p/s), da smo dezaktivirali kolagenazo. Vsebino smo centrifugirali na 1000 vrtljajev na minuto (RPM) 10 minut, nato smo centrifugirko močno pretresli, da se je vsebina premešala, in še enkrat centrifugirali na 2000 RPM 5 minut. S tem smo ločili plavajoče maščobno tkivo od stromalne vaskularne frakcije (SVF). Najprej smo s pipeto odstranili maščobo na vrhu, nato pa preostanek tekočine. Pelet smo resuspendirali v stomalnem mediju in celično suspenzijo filtrirali skozi 70-μm celično sito. Pazili smo na morebitne skupke celic. Če so se pojavili, smo jih stresli (na vortexu) in jih nato trikrat injicirali skozi igle (od najdebelejše do najtanjše – številka igel: 23, 21, 19). Prekurzorske celice iz stromalne vaskularne frakcije smo nasadili v posodice T75 pri 10.000 celicah/cm² v stomalnem mediju ter jih inkubirali pri 37 °C in 5 % CO₂. Vsakih 2 do 3 dni smo jim zamenjali medij. Po 5 do 7 dneh celice dosežejo do 80 % rasti, kar predstavlja konfluenco. Ko smo prišli do konfluence, smo jih večino zamrznili pri –80 °C. Ostale smo diferencirali v nevrone. Diferenciacija nevronov: ADSC se gojijo do 80 % konfluence v stromalnem mediju. Potem smo jim odstranili stromalni medij, ki smo ga shranili za kasneje, in jih sprali s PBS ter dodali Accutase, ki poskrbi, da se celice odlepijo. Celice smo inkubirali pri 37 °C največ 10 minut. Nato smo dodali star stromalni medij, prenesli v centrifugirko in centrifugirali na 1200 RPM 5 minut. Odstranili smo supernatant, pelet pa resuspendirali v svežem stromalnem mediju in nasadili celice na večelektrodno polje (MEA, Multichannel Systems). Po 3 do 5 dneh, odstranimo stromalni medij, celice pa speremo s PBS. Nato dodamo medij za indukcijo nevronov (NIM), ki vsebuje: DMEM/F12, 10 µM forskolina, 200 µM butiliranega hidroksianizola v 0,5-odstotnem etanolu, 5 mM KCl, 2 mM valprojske kisline, 1 µM hidrokortizona in 5 µg/mL inzulina. Indukcijski medij je treba menjati vsake 2 do 3 dni. Indukcija nevronov traja 3 do 5 dni.

Erik Krkač: Strojna oprema

Posebej zasnovan inkubator omogoča, da lahko v realnem času opazujemo rast celic. Opazovanje je neposredno preko vgrajenega mikroskopa in računalnika, ki je povezan z drugimi sistemi za akvizicijo in vizualizacijo podatkov, ki se nato obdelajo v naslednji fazi. Inkubator je bil zasnovan in izdelan v okviru rezidence S+T+ARTS v sodelovanju s proizvajalcem laboratorijske opreme Kambič. Osnovna razlika od drugih inkubatorjev je devet Peltierjevih plošč, ki omogočajo natančen temperaturni razpon, potreben za gojenje kultur celic. Strojna oprema podpira tudi upravljanje elektromagnetnega ventila za zagotovitev 5-odstotne prisotnosti CO2 v atmosferi. Sistem za akvizicijo podatkov za branje nevronskih signalov je sestavljen iz strojne opreme, programske opreme in protokolov Open Ephys, ki predstavlja cenovno ugodno metodo za pridobivanje signalov iz nevronov, gojenih na tehnologiji MEA za in vitro multimatrično tehnologijo. Osnovni protokoli in načrti za gradnjo strojne opreme predstavljajo stroškovno učinkovit in večnamenski natančen ojačevalni sistem za in vitro elektrofiziološke raziskave z večelektrodno matriko. Ta sistem preverja tudi povezave med prilagojeno PCB-ploščo in čipom INTAN RHD200-EVAL ter omogoča elektroporacijo, akvizicijo in prenos signalov na računalnik preko povezave z elektronsko komponento za zajemanje podatkov v sistemu Open Ephys.Robot je prilagojen in izdelan iz SLA natisnjenih delov avtorja ter sestavljen na servomotorjih Dynamixel X-Series, ki jih proizvaja podjetje ROBOTIS. (Velikost robota je sorazmerna velikosti simulirane oblike robota iz programa, ki omogoča slovnična pravila RoboGrammar, in jo določata najkrajša razdalja med dvema sklepoma in velikost motorja) Servomotor XL330-M-288-T je opremljen z brezkontaktnimi magnetnimi kodirniki, ki omogočajo vrtenje za 360° pri največ 61 RPM. Zmore navor do 0,52 Nm pri napetosti 5 V.

Benjamin Fele: Programska oprema

Pri oblikovanju robotov z velikim številom prostostnih stopenj je izbira primerne morfologije in kinematike lahko izziv. Projekt Biobot rešuje ta problem z uporabo pristopa RoboGrammar, ki deluje v dveh fazah z reševanjem teh problemov v simulaciji. V prvi fazi evolucijski optimizacijski algoritem išče konfiguracijo robota, ki se lahko premika v dani okolici. To vključuje ustvarjanje različnih konfiguracij robotov (skupaj je bilo 500 konfiguracij) iz definirane slovnice in izbiro najobetavnejših konfiguracij (teh je bilo 12, eno od njih smo natisnili kot fizični model) za oceno v drugi fazi na podlagi naučene vrednostne funkcije. Slovnica določa, katere dele telesa robota je mogoče združiti. V drugi fazi se uporablja algoritem MPC (Model Predictive Control), da se določi zaporedje premikov, ki maksimira spremembo položaja robota. Ta algoritem se uporablja za izbiro najobetavnejšega zaporedja premikov v danem časovnem okviru. Ta dvofazni postopek izboljšamo z vključevanjem nevronskih signalov, pridobljenih iz OpenEphys. Čeprav še vedno uporabljamo MPC za iskanje zaporedja premikov, frekvence akcijskih potencialov regulirajo navor v sklepih. To pomeni, da manjše ali večje frekvence ustrezajo manjši ali večji sposobnosti premikanja določenega sklepa. To lahko vpliva na sposobnost robota za gibanje in morfologijo robota, ki jo iščemo v prvi fazi algoritma.Za vsak korak robota določimo pozicije sklepov z uporabo simulacijskega okolja in prenesemo identificirane pozicije neposredno na robota v resničnem svetu. Naša implementacija se izvaja v programskem jeziku Python in uporablja knjižnice, kot sta NumPy in PyTorch, ter kodo iz zbirke RoboGrammar.

*****

Morda bi lahko kot sklepne misli izpostavili pojavnost oblik biobotov. Kot omenjeno v članku, tako naravna evolucija kot tehnološki, znanstveni oziroma novomedijski razvoj omogočata vzpostavitev različnih področij raziskav gibanj, ki lahko ustvarjajo knjižnice. Določitev smernic in parametrov za gibanje ter posledično za oblike biobotov iz takih knjižnic bi lahko v evolucijskih algoritmih vodila v bolj optimizirana telesa za določeno gibanje, po drugi strani pa lahko tudi v nove oblike teles. V primeru biobotov je nova določitev parametrov v evolucijskem programu, ki ne določa simetričnosti okončin členonožnih robotov, vodila v domnevo, da bi lahko v določenem številu generacij konfiguracij robotov privedla do simetričnosti kot najbolj energetsko učinkovite oblike – iz domneve naravne evolucije. Druga domneva pa je, da bi pregled manj uspešnih oblik načeloma lahko z določenimi popravki vendarle omogočil boljše gibanje in s tem tudi boljše ocenjevanje preživetja določene oblike, ki ni najuspešnejša v gibanju. Naslednja domneva se nanaša na končni fizični prostor, po katerem se premika določena iteracija biobota, ker je prostor simulacije iz RoboGrammar sicer s fizičnimi lastnostmi gibanja po tleh, vendar neskončen po oseh x in y.

Biobot namreč lahko opisuje robote ali naprave, ki simulirajo biološke sisteme ali izvajajo naloge, povezane z živimi organizmi. Cilji razvoja biobotov se lahko glede na določeno zasnovo precej razlikujejo in bi se lahko uporabljali v različnih panogah:

Znanstveni razvoj: Bioboti so obetavno orodje za raziskovanje bioloških procesov in vedenja z neinvazivnimi tehnikami. Znanstveniki lahko z ustvarjanjem organov na čipih, ki simulirajo vidike bioloških organizmov, pridobijo nova spoznanja o živih sistemih in razvijajo nove teorije.
Uporaba v medicini: Poleg omenjenih raziskav organov na čipih bi lahko biobote uporabljali za diagnosticiranje in zdravljenje bolezni. Znanstveniki na primer ustvarjajo biobote, ki lahko potujejo po krvnem obtoku in tako zagotavljajo ciljno dostavo zdravil.
Spremljanje okolja: Bioboti lahko spremljajo okoljske razmere in zbirajo podatke o kakovosti zraka in vode ter stopnji onesnaženosti.
Obramba in varnost: Bioboti lahko opravljajo pomembne funkcije v obrambnih in varnostnih aplikacijah, kot so nadzor, izvidništvo in odkrivanje groženj. Raziskovalci razvijajo biobote, ki lahko odkrivajo eksplozive ali kemično orožje ali pomagajo pri gašenju težko dostopnih požarov.
Umetnost: Bioboti lahko služijo kot sredstvo za umetniško izražanje. Glavni cilj biobotov je ustvariti bitja, ki lahko opravljajo spoznavne, etične in estetske funkcije.

Biobot je tako umetniški projekt, ki vključuje uporabo nevronski celic za oblikovanje in premikanje robota. Projekt si prizadeva ustvariti nov umetniški jezik, ki uporablja biološke in tehnološke materiale ter postopke. Biobot ni le stroj, temveč živo bitje z lastno inteligenco in pravico do obstoja. V današnjem svetu napredne tehnologije je pomembno razumeti vpliv teh tehnologij ter se opreti na znanstveno filozofijo in družbeno zavest. Če se osredotočimo na umetniška dela, ki vključujejo biohibridne robote, posebej tiste z in vitro inteligenco celičnih kultur in umetno inteligenco, lahko opazimo več tehničnih, etičnih in filozofskih izzivov, ki jih je treba nagovoriti, preden se lahko sploh lotimo obravnave njihove umetniške vrednosti. Čeprav so tehnični izzivi, kot so avtonomnost, oskrba z energijo, stabilnost okolja za gojenje 2D ali 3D celičnih kultur v robotih, optimizacija in minimizacija sklopov robotov, pomembni, pa so s stališča umetnosti morda bolj zanimiva etična in filozofska vprašanja.

Etična vprašanja se nanašajo na moralne in družbene posledice ustvarjanja in uporabe biobotov. Med njimi so vprašanja, povezana z varnostjo in zaščito biobotov (ali pred njimi), njihovim morebitnim vplivom na človeško družbo in okolje ter pravicami in etično obravnavo samih biobotov. Po drugi strani pa so filozofska vprašanja lahko povezana z naravo zavesti in identitete, odnosom med umom in telesom ter etičnimi posledicami ustvarjanja umetnih bitij s kognitivnimi sposobnostmi. Na primer, če bi bila povezava med in vitro inteligenco in umetno inteligenco sposobna ustvarjalnosti in inovativnosti, kaj to pove o naravi človeške in nečloveške inteligence? Kaj nam razvoj biobotov pove o človeški vrsti ter o našem odnosu do drugih oblik življenja, ki sta jih ustvarili naravna in umetna evolucija? Poleg tega je odprto vprašanje produktivnosti, ki jo pričakujemo od vseh vrst robotov, ki naj bi nam pomagali in opravljali določena dela, in kako bi se opredelili do umetniških robotov, pri katerih produktivnost in uporabnost nista edini smoter njihovega obstoja? Kot umetniški projekt je biobot, ki združuje in vitro inteligenco in umetno inteligenco, nov pojav sodobne družbe, kjer še vedno iščemo načine, kako se do njih opredeliti: Verjamemo, da naše delo zadnjih petih let dokazuje, da lahko tkivne tehnologije ustvarjajo veljavni umetniški izraz, tako da nam omogočajo ustvarjanje žive umetnosti – in s predstavitvijo spornih predmetov, ki predstavljajo pretok v našem razumevanju, ki ga je razkrila uvedba novih bioloških tehnologij. Pri predstavitvi svojega dela se ne trudimo dati utopične vizije, niti nismo preveč pesimistični. Ta dvoumnost ima za cilj, da gledalec postane pozoren na pomanjkljivost našega kulturnega razumevanja pri obvladovanju novega znanja in nadzora nad naravo. Naš projekt govori o življenju, dialogu z različnimi stopnjami življenja in pojmu, da smo vsi sestavljeni iz celičnih skupnosti. Pomemben del naše prakse je, da skrbimo za svoje pol-žive skulpture. Oron Catts, Ionat Zurr: Growing Semi-living Sculptures: The Tissue Culture & Art Projects, Leonardo, št. 35, str. 370.

Slikovno gradivo opusa lahko najdete na straneh:

https://g-zin.si/biobot-history/

https://g-zin.si/biobot-lab-situation/

https://g-zin.si/biobot-bozar/

https://g-zin.si/biobot-linz/

https://g-zin.si/biobot-plasticity-292/

by Zoran Srdic