Xenobots: robots biológicos vivos que funcionan en enjambres

En 2020, llegó una nueva forma de vida a la Tierra. Más específicamente, llegó a un laboratorio: el Laboratorio Levin de la Universidad de Tufts en Massachusetts. En lo que respecta a las especies alienígenas, no se trataba de hombrecitos verdes ni de ningún otro cliché de ciencia ficción. Parecían más bien pequeñas motas negras de arena fina que se movían lentamente en una placa de Petri. Y si bien no son extraterrestres en la definición extraterrestre, ciertamente lo son en el sentido de que son extraños. Estos llamados "xenobots" son autómatas biológicos vivos que pueden señalar el futuro de la robótica tal como la conocemos.

"Estos no se ajustan a la definición clásica de organismo porque no pueden reproducirse, aunque desde el punto de vista de la seguridad esto [es] una característica y no un defecto". Douglas Blackiston, dijo a Digital Trends un científico senior del Allen Discovery Center de la Universidad de Tufts. “Podrían clasificarse como un “organismo imperfecto”. Sin embargo, creo que sí califican como robots. Aunque están vivos, están construidos desde cero para un propósito específico. Estos no son algo que alguna vez haya existido o pueda existir en la naturaleza: es una construcción hecha por el hombre”.

Enjambres de robots vivos

Retrocedamos. El año pasado, investigadores de Tufts crearon los primeros robots pequeños, vivos y autopropulsados ​​del mundo. Estos xenobots han sido diseñados para funcionar en un enjambre: caminar, nadar, empujar perdigones, transportar cargas útiles y trabajar juntos para “agregar” Los escombros se esparcieron por la superficie de su plato en prolijos montones”. Son capaces de sobrevivir durante semanas sin comida y curarse a sí mismos después. laceraciones. Ah, y están hechos de trozos de rana, reconfigurados por una IA.

Para crear los xenobots, los investigadores de Tufts tomaron células de la piel de embriones frescos de rana (la especie de rana se llama Xenopus laevis) y los animó a “reiniciar su multicelularidad” en un nuevo entorno. Liberadas del resto del embrión, estas células de la piel formaron lo que Michael Levin, el científico que da nombre al Laboratorio Levin, lo llama una “protocriatura”, con su propia estructura y comportamiento únicos.

Mientras los científicos de Tufts creaban los organismos xenobot físicos, los investigadores que trabajaban en paralelo en la Universidad de Vermont utilizó una supercomputadora para realizar simulaciones y tratar de encontrar formas de ensamblar estos robots vivos para realizar tareas útiles. tareas.

“Usamos A.I. "evolucionar" diferentes diseños de robots en un mundo virtual”, dijo Blackiston. "A la computadora se le asigna una tarea, como 'hacer un robot que pueda caminar en línea recta', y ensambla millones de combinaciones diferentes de células virtuales hasta que resuelve el problema... Luego, la computadora me da un plano y me pongo a trabajar conectando las células para ganarme la vida. versión. Entonces, en cierto modo, recibo órdenes desde la computadora”.

Un trabajo inicial sobre el trabajo, una prueba de principio de que existen robots vivos y que la I.A. puede diseñarlos para que hagan cosas simples, se publicó el año pasado. Un segundo artículo, publicado recientemente en Robótica científica, muestra que se han tomado medidas para convertirlos en herramientas útiles.

La pregunta complementaria

La biología del desarrollo tradicional se ha centrado en sistemas modelo estándar, como la mosca de la fruta, el ratón y la rana, y en cómo sus genomas codifican el hardware que crea un determinado tipo de cuerpo. Los xenobots Levin y sus compañeros investigadores están trabajando en lo que, según dijo a Digital Trends, es la "pregunta complementaria". Esto concierne a la "reprogramabilidad del software de la vida" y si las células genéticamente normales pueden ser atraídas a construir algo que sea bastante diferente de su origen. defecto biológico.

“Creo que este es el comienzo de un nuevo enfoque en el que se agregan una miríada de nuevas formas de vida al conjunto de herramientas estándar de los biólogos que les permite preguntar dónde "De dónde provienen los planes corporales, cómo funciona la cooperación entre las células, cómo se implementa la inteligencia colectiva celular y cómo podemos estimular a los grupos celulares para que produzcan lo que queramos". Dijo Levin. "Esto no sólo arroja luz sobre la relación entre el genoma y la anatomía, ya que nuestros xenobots tienen una rana totalmente estándar genoma, pero también permite máquinas vivas sintéticas útiles y nos brinda una nueva caja de arena en la que comprender las reglas de morfogénesis”.

La idea de los robots biológicos no es nueva. De hecho, podría decirse que es anterior a la concepción moderna de los robots como entidades metálicas, en gran medida robustas. Los robots imaginados por el dramaturgo checo Karel Čapek, quien acuñó el término "robot" en su obra de ciencia ficción de 1920. Los robots universales de Rossum son de naturaleza biológica. Se crean en una fábrica utilizando material orgánico sintético, lo que los hace más similares a la idea moderna de androides que a las máquinas.

Otros investigadores de la vida real también han buscado combinar el mundo natural y el de las máquinas de formas interesantes. El proyecto financiado por la Unión Europea Programa Flora Robótica tiene como objetivo “desarrollar e investigar relaciones simbióticas estrechamente vinculadas entre robots y plantas naturales y explorar los potenciales de una relación planta-robot sociedad capaz de producir artefactos arquitectónicos y espacios habitables”. Un proyecto financiado por la Oficina de Investigación Naval, por su parte, se centra en la construcción de un ejército de insectos de langostas cyborg que llevan mochilas para realizar tareas como la detección de bombas. En la Universidad de Zhejiang, en China, investigadores han creado un sistema que permite a los humanos controlar mentalmente los movimientos de las ratas mediante una tecnología llamada interfaz cerebro-cerebro. El año pasado, investigadores de la Universidad de Stanford incorporaron Microelectrónica de baja potencia en medusas vivas. con el objetivo de potenciar su propulsión natural. Etcétera.

Un nuevo organismo biológico

La diferencia entre estos proyectos y los xenobots es que estos últimos no utilizan simplemente componentes tecnológicos para aumentar las capacidades de un organismo biológico; crea un organismo biológico completamente nuevo que puede (o, al menos, será) controlado como un robot totalmente artificial.

"Los xenobots diseñados por IA rompen las definiciones de robot y organismo porque encarnan rasgos de ambos". jose bongard, dijo a Digital Trends un profesor del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Vermont. “Son como robots porque están diseñados para realizar alguna función útil para los humanos de forma autónoma. Pero también son organismos en el sentido de que son ranas genéticamente no modificadas, simplemente empujadas a adoptar formas y funciones muy diferentes”.

Los xenobots, prometen sus creadores, probablemente tendrán varias aplicaciones diferentes, tanto a corto como a largo plazo. Levin sugirió que las posibilidades a corto plazo podrían incluir la limpieza y la detección del medio ambiente, ya que el uso de células de anfibios utilizadas vivir en agua a temperatura exterior, que es biodegradable en aproximadamente una semana, podría hacerlos perfectamente adecuados para estos escenarios. Los robots pueden metabolizar sustancias químicas peligrosas y detectar pequeñas cantidades de contaminantes. Incluso tienen formas básicas, actualmente primitivas, de registrar experiencias ambientales: brillando en rojo y cambiando de forma cuando se exponen a ciertas condiciones.

"Desde el punto de vista medioambiental, estos podrían utilizarse para la biodetección y la biorremediación", dijo Blackiston. “Podríamos programar los robots vivos para detectar contaminantes y, con suerte, buscarlos y destruirlos. Una vez que terminan su trabajo, [podrían] descomponerse sin causar daño en el medio ambiente, [sin dejar] ningún residuo artificial”.

La visión a más largo plazo se centra en la medicina regenerativa. “Casi todos los problemas de la biomedicina (lesiones traumáticas, envejecimiento, cáncer, defectos de nacimiento) podrían resolverse. derrotados si supiéramos cómo motivar a los colectivos celulares para construir los órganos complejos que queramos”, dijo Levin.

Los investigadores especulan que será posible crear robots a partir de varios tipos de células diferentes para diferentes casos de uso. "Se podría imaginar el uso de un sistema similar para administrar medicamentos a un paciente humano o ayudar en el proceso de reparación después de una lesión", dijo Blackiston. "Si se elabora a partir de las propias células madre del paciente, nos permitiría fabricar robots biocompatibles que el paciente elimina de forma natural una vez que termina su trabajo".

Resolviendo los desafíos

Todavía queda mucho trabajo por hacer antes de llegar a esta etapa. Uno de los desafíos consiste en cuál es la mejor manera de controlar los robots. “[Este problema] sigue siendo, por ahora, un completo misterio”, afirmó Bongard. “Estamos trabajando en esto y esperamos tener nuevas sorpresas de las que informar en un futuro no muy lejano”.

Blackiston dijo que un concepto implica programar los robots con comportamientos biológicos innatos, que potencialmente podrían evolucionar a medida que envejecen. En otras palabras, los xenobots podrían “nacer” con un propósito y luego cambiar a otro a medida que crecen.

Otro obstáculo consiste en acelerar la producción de robots. Actualmente, los xenobots deben construirse a mano, un proceso que, según señaló Blackiston, “requiere mucho tiempo bajo el microscopio y mucho control motor fino”. Los investigadores están buscando formas de adaptar las bioimpresoras 3D para automatizar todo el proceso, lo que dará como resultado una especie de línea de producción de cintas transportadoras para robots vivos.

Una cosa es segura: es probable que escuchemos mucho más sobre los xenobots a medida que pase el tiempo. El "xeno" en su nombre puede permanecer, pero es probable que se vuelvan mucho más familiares para el mundo en los próximos años.

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