Năm 2021: AI đã giúp robot sinh sản, ranh giới giữa máy móc với sinh vật đã chính thức bị xóa nhòa

Rene Descartes, tác giả của câu nói "Tôi tư duy, tôi tồn tại", ông tổ của nền triết học hiện đại, người khai sinh ra hình học giải tích và được coi là bộ não nổi tiếng nhất Châu Âu trong thế kỷ 17 từng nói: Con người chẳng qua là một cỗ máy phức tạp.

Gần 400 năm trước, tư duy vượt thời đại của Descartes đã không được chấp nhận. Có một giai thoại kể rằng Nữ hoàng Thụy Điển sau khi nghe Descarter nói vậy đã ra lệnh cho ông canh chừng chiếc đồng hồ trong phòng, để xem đến bao giờ thì nó mới đẻ con được như con người?

Descartes chết chỉ một vài tháng sau đó, bởi một căn bệnh viêm phổi bí ẩn. Rất tiếc, ông ấy đã không sống đến ngày hôm nay để chứng kiến các nhà khoa học tại Đại học Vermont sử dụng một siêu máy tính để tạo ra những cỗ máy sinh học đầu tiên trên thế giới có thể tự chúng sinh sản.

Nhưng điều này có nghĩa gì? Liệu chúng ta có đang tạo ra một Skynet hay những mầm mống của Kẻ hủy diệt?

Thật khó có thể biết khi nào thì những robot này có thể chiếm lĩnh thế giới. Nhưng dù thế nào đi chăng nữa, đây vẫn là năm 2021, và một khi robot đã có thể sinh sản thì ranh giới giữa máy móc với sinh vật đã chính thức bị xóa nhòa.

Chúng được gọi là Xenobots, một "dạng sống" hoàn toàn mới mà tôi từng giới thiệu cách đây hơn 1 năm . Xenobots không phải một sinh vật, không phải một robot và cũng không phải một robot lai sinh học. Nó là một robot sinh học từ đầu tới cuối.

Để tạo ra "dạng sống" mới này, các nhà khoa học tại Đại học Vermont, Hoa Kỳ đã sử dụng một siêu máy tính để thiết kế ra những cỗ máy từ tế bào sinh học.

Sau đó, họ đặt chúng vào một môi trường tiến hóa ảo, trong đó, siêu máy tính có thể sàng lọc qua hàng triệu kịch bản để tạo ra một bản thiết kế robot sinh học tối ưu cho từng nhiệm vụ, chẳng hạn như mang một phân tử thuốc tới khối u ung thư hay dọn dẹp mảng bám trong thành mạch máu.

Nhiệm vụ chế tạo Xenobots sau đó được chuyển cho một nhóm kỹ sư sinh học tại Đại học Tufts, những người sẽ chọn nguyên liệu cho robot của họ, không phải từ sắt thép mà từ những tế bào gốc của ếch Châu Phi Xenopus laevis.

Các tế bào gốc này được trích xuất từ phôi ếch, thứ sắp sửa trở thành những con nòng nọc. Nhưng ở đây, sau khi được ủ, các kỹ sư của Tufts sẽ chọn ra vài trăm tế bào này và dùng dụng cụ vi phẫu cắt ghép, sắp xếp chúng lại thành các chi tiết máy thuân theo bản thiết kế mà siêu máy tính đã chọn ra.

Khi tế bào cuối cùng được đặt vào đúng vị trí của nó, cỗ máy bắt đầu hoạt động. Một Xenobots chính thức ra đời.

"Khi bạn nhìn vào các tế bào mà chúng tôi sử dụng để tạo ra những robot sinh học này, về mặt di truyền, bạn sẽ thấy Xenobots là ếch. Nó có 100% DNA của ếch – nhưng chúng lại không phải là ếch", giáo sư sinh học Michael Levin, giám đốc Trung tâm Khám phá Allen tại Đại học Tufts cho biết.

"Những tế bào ếch có thể được hướng dẫn để phát triển thành những dạng sống vô cùng thú vị, khác hoàn toàn với những dạng sống mà nền tảng giải phẫu của chúng ta từng biết đến".

Xenobots 1.0 của năm 2020 có thể sống được vài tuần nhờ hấp thụ năng lượng từ chất dinh dưỡng như lipit và protein. Sau khi thực hiện xong nhiệm vụ, chúng ngừng hoạt động và trở thành một cụm tế bào chết.

Câu chuyện nếu chỉ dừng lại ở đây đã là một đột phá lớn, bạn đã tạo ra được một dạng sống hoàn toàn mới, một robot sinh học. Nhưng các nhà khoa học nhận thấy tiềm năng của Xenobots không chỉ dừng lại ở đó. Họ muốn giúp robot này có khả năng tự sinh sản, để tạo ra những thế hệ Xenobots mới.

Đó là câu chuyện của tiến hóa, bất cứ sinh vật nào muốn tồn tại lâu dài đều phải phát triển khả năng sinh sản. Trải qua hàng tỷ năm, các sinh vật đã tiến hóa theo nhiều cách để trang bị các kỹ năng tái tạo tinh vi, từ thực vật nảy mầm, sinh sản vô tính và hữu tính ở động vật cho tới những sao chép 1:1 của virus bên trong tế bào vật chủ.

Vậy một Xenobots có thể chọn cho nó hình thức sinh sản nào?

Điều này dẫn chúng ta quay trở lại với cách mà dạng sống này có thể được tạo ra. Xenobots 1.0 được một kỹ sư sử dụng dụng cụ vi phẫu để lắp đặt. Về cơ bản, anh ấy sẽ đặt từng cụm tế bào gốc của ếch lại gần với nhau. Đặc điểm của tế bào gốc ếch là chúng có tính kết dính giống như nam châm.

Khi bạn đặt một tế bào gần một tế bào khác, chúng sẽ co cụm lại và hình thành nên chi tiết của cỗ máy. Nếu bạn chẳng may đặt sai vị trí một cụm tế bào, bạn có thể dùng đầu nhíp và tách chúng ra để đặt lại. Cứ thế, một kỹ sư sinh học có thể rạo ra Xenobots 1.0.

Phương pháp này được gọi là "top-down", hay cách tiếp cận từ trên xuống, nó hoạt động khá thủ công và mất thời gian. Nên đến đầu năm 2021, các kỹ sư tại Đại học Tufts đã đề xuất một phiên bản Xenobots 2.0 có thể tự lắp ráp và phát triển theo hình thức "bottom-up".

Công việc này được đưa ngược lại cho nhóm tại Đại học Vermont, những người sẽ chạy môi trường tiến hóa ảo của họ trong siêu máy tính để đưa ra bản thiết kế. Kết quả cho thấy nếu một số tế bào gốc của ếch có thể biệt hóa và phát triển lông mao phía ngoài, tương tự như đuôi của những con nòng nọc, những chiếc lông này có thể giúp Xenobots 2.0 di chuyển và tự động lắp ráp.

Những cụm tế bào có lông mao có thể bơi xung quanh, tự gom các tế bào gốc khác và tự phát triển thành một Xenobots 2.0 mà không cần đến sự can thiệp bên ngoài của kỹ sư sinh học, ngoại trừ những thiết lập cho cụm tế bào ban đầu.

Xenobots 3.0 vừa được các nhà khoa học tại Đại học Vermont và Đại học Tufts công bố trên Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Hoa Kỳ vào ngày 29/11 là một tiến xa hơn cả. Trong đó, thiết lập cụm tế bào ban đầu đã được chuyển giao cho Xenobots.

Các nhà khoa học đã tiếp tục chạy chương trình tiến hóa ảo để duyệt qua hàng tỷ dạng mô phỏng của các cụm tế bào có thể tự chúng thiết lập để tự sinh sản. Một thuật toán trí tuệ nhân tại AI sau nhiều tháng tính toán ròng rã đã đưa ra một bản thiết kế Xenobots 3.0 giống như hình ảnh của Pac-Man, tiến sĩ Sam Kriegman đến từ Đại học Vermont cho biết.

"Nó rất phản trực quan. Nó trông rất đơn giản, nhưng nó không phải là thứ mà một kỹ sư con người có thể nghĩ ra. Tại sao [Xenobots 3.0 chí có] một cái miệng nhỏ? Tại sao không phải là năm?".

Hóa ra, hình dạng Pac-Man được tinh chỉnh hợp lý tỏ ra hiệu quả hơn cả trong quá trình tự lắp ráp của Xenobots. Khi các kỹ sư tạo ra một Xenobots mẹ hình Pac-Man, robot sinh học này có thể có được tính năng động học chất lỏng hoàn hảo để đi gom các cụm tế bào gốc khác tạo ra các Xenobots Pac-Man con.

Các Xenobots Pac-Man con sau đó tiếp tục đi gom các cụm tế bào mới để tạo ra Xenobots Pac-Man cháu. Cứ thế, nhiều thế hệ Xenobots có thể được ra đời chỉ từ một Xenobots 3.0 duy nhất.

Xenobots 3.0 bây giờ là những cụm tế bào hình Pac-Man có thể tự lắp ghép ra thế hệ con cháu của chúng.

Tiến sĩ Kriegaman và các đồng nghiệp của mình gọi hình thức sinh sản này là "tự sao chép động học". Trong tự nhiên, nó đã từng được biết đến ở cấp độ phân tử. Nhưng tự sao chép động học chưa từng được quan sát trên quy mô tế bào hoặc sinh vật.

Với sự trợ giúp của một trí tuệ nhân tạo và siêu máy tính trong môi trường tiến hóa ảo, các nhà khoa học đã lần đầu tiên làm được điều đó, tạo ra các robot sinh học có khả năng tự sao chép chúng – hay nói cách khác, chúng đã có thể tự sinh sản.

Điều này đã chính thức xóa nhòa ranh giới giữa máy móc với sinh vật, giữa các hệ thống tự lắp ráp với một hình thức sinh sản.

Đó là câu hỏi mà bạn có thể đặt ra khi nhìn những cụm tế bào ếch nhỏ bé này bơi xung quanh một đĩa petri, sinh sản chỉ trong vài tuần và chết đi khi không ai cho thêm chất dinh dưỡng vào đó nữa.

Nhưng trên thực tế, mọi cuộc cánh mạng khoa học đều có thể được đặt nền móng bởi những khám phá như thế này. Giáo sư Joshua Bongard, chuyên gia về người máy, người dẫn đầu dự án Xenobots tại Đại học Vermont, cho biết với những robot sinh học, họ đang "mở ra một không gian chưa từng được biết đến trước đây bên trong các sinh vật hoặc hệ thống sống".

Và đó là một không gian vô cùng rộng lớn. "Chúng tôi đã tạo ra được những Xenobots biết đi. Chúng tôi đã thấy Xenobots có thể bơi. Và bây giờ, trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thấy Xenobots có thể tái tạo theo nguyên lý động học", giáo sư Bongard nói.

Với Xenobots 1.0, các nhà khoa học tại Đại học Tufts đã thừa nhận sáng tạo của họ có thể bắt đầu một thời đại khủng khiếp, nơi các robot sinh học có thể được phát triển thành một dạng vũ khí. Nếu chúng có khả năng tương tác với hệ thần kinh người, những robot này thậm chí có thể chiếm quyền điều khiển các sinh vật như chúng ta.

Nhưng Xenobots 1.0 dù gì cũng là một sản phẩm do con người tạo ra, thứ mà chúng ta có thể quản lý. Xenobots 3.0 với khả năng tự tái tạo là một câu chuyện khác. Nó làm tăng thêm mối lo ngại bởi sinh sản được có nghĩa là Xenobots 3.0 tiềm ẩn khả năng tự tiến hóa.

Liệu chúng có thể tự cải tiến sau mỗi thế hệ và tích lũy cho mình những đột biến có lợi? Về lý thuyết câu trả lời là có. Nhưng Xenobots sẽ tiến hóa để làm gì? Nó dẫn chúng ta cách mà robot này được tạo ra bởi một AI.

Thuật toán đã chạy hàng tỷ kịch bản trong môi trường ảo để tạo ra được hình dạng một con Pac-Man cho Xenobots. Điều này đánh dấu một cột mốc, trong đó, AI có thể thiết kế nên những cỗ máy sinh học có mục đích cụ thể.

Bây giờ, mục đích đó vẫn là do con người chúng ta cài vào. Nhưng nếu AI có thể tự phát triển để tạo ra những cỗ máy với mục đích của riêng chúng, nó có thể trở thành một Skynet trong Kẻ hủy diệt, trí thông minh nhân tạo giả tưởng đã thiết kế ra những binh đoàn robot để đô hộ lại thế giới loài người.

Đó là những lý do khiến phòng thí nghiệm Xenobots tại Đại học Vermont và Đại học Tufts luôn phải chịu sự giám sát của các chuyên gia đạo đức khoa học ở cả tiểu bang và liên bang Hoa Kỳ.

Các chuyên gia có nhiệm vụ thanh kiểm tra thường xuyên dự án để đảm bảo các robot sinh học này chỉ được phép tồn tại bên trong phòng thí nghiệm, và tất cả chúng có thể bị "dập tắt" một cách dễ dàng.

"Bây giờ, những Xenobots này chưa thể khiến tôi phải thức đêm để lo lắng tới chúng", giáo sư Bongard nói. Chỉ cần bạn ngừng cung cấp chất dinh dưỡng vào đĩa petri, tất cả chúng sẽ chết.

Ngược lại, ông cho biết tiềm năng ứng dụng của những Xenobots này rất lớn. Robot sinh học có thể được lập trình để giúp thực hiện nhiều nhiệm vụ như kéo vi nhựa ra khỏi lòng đại dương, loại bỏ các mảng bám trong thành mạch máu.

Nguyên lý tự sao chép động học của Xenobots 3.0 có thể được ứng dụng trong lĩnh vực y học tái tạo. "Nếu chúng ta biết cách ra lệnh cho các bộ sưu tập tế bào làm những gì chúng ta muốn, thì đó chính là một loại thuốc tái tạo — đó là giải pháp cho chấn thương, dị tật bẩm sinh, ung thư và lão hóa", giáo sư Levin đến từ Đại học Tufts cho biết.

Về mặt nguyên tắc, Xenobots 3.0 còn là một bằng chứng về khái niệm cho các hệ thống robot tự sao chép. Nó được đề xuất lần đầu tiên bởi nhà khoa học người Mỹ gốc Hungary John von Neumann vào năm 1948.

Neumann cho biết khi robot có thể tự tái tạo bằng các nguyên liệu thô có trong môi trường, nó có thể sinh sản theo cấp số nhân và có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong việc khám phá vũ trụ.

Ông đề xuất một kịch bản trong đó một tàu vũ trụ mẹ có thể đi tới các hành tinh, tự động khai thác khoáng chất và tạo ra vô số tàu vũ trụ con. Trong thế giới của Ma Trận, loài người cũng đã ứng dụng nguyên lý này để tạo ra một lá chắn Mặt Trời từ các cỗ máy nano, nhằm ngăn chặn quân đoàn robot nổi loạn khai thác năng lượng ánh sáng.

Nói tóm lại, một công nghệ đột phá như Xenobots 3.0 có thể có rất nhiều ứng dụng hữu ích, tùy vào cách chúng ta có thể kiểm soát được chúng hay không. "Chúng ta cần tạo ra các giải pháp công nghệ phát triển cùng tốc độ với những thách thức mà chúng ta phải đối mặt", giáo sư Bongard nói.

Về phía các kỹ sư tại Đại học Tufts, giáo sư Levin cho rằng việc con người tiến vào vùng đất của những robot sinh học là kết quả tất yếu trong quá trình phát triển khoa học. Điều quan trọng là chúng ta cần bắt đầu xây dựng các nền tảng và quy tắc pháp lý để kiểm soát lĩnh vực mới này.

"Nghiên cứu của chúng tôi thực ra đang thúc đẩy một giải pháp để giải quyết nỗi sợ hãi của mọi người", giáo sư Levin nói.

Tại sao trong thế giới khoa học viễn tưởng của Dune lại không hề tồn tại máy tính và robot?