Xenobots: des robots biologiques vivants qui travaillent en essaims

En 2020, une nouvelle forme de vie est arrivée sur Terre. Plus précisément, il est arrivé dans un laboratoire – le laboratoire Levin de l’université Tufts dans le Massachusetts. En ce qui concerne les espèces extraterrestres, il ne s’agissait pas de petits hommes verts ou de tout autre cliché de science-fiction. Ils ressemblaient davantage à de minuscules points noirs de sable fin se déplaçant lentement dans une boîte de Pétri. Et même s’ils ne sont pas étrangers au sens de la définition extraterrestre, ils le sont certainement dans le sens où ils sont étranges. Ces soi-disant « xénobots » sont des automates biologiques vivants qui pourraient bien signaler l’avenir de la robotique telle que nous la connaissons.

"Ceux-ci ne correspondent pas à la définition classique d'un organisme car ils ne peuvent pas se reproduire – bien que du point de vue de la sécurité, il s'agisse d'une caractéristique et non d'un défaut."

Douglas Blackiston, un scientifique principal du Allen Discovery Center de l'Université Tufts, a déclaré à Digital Trends. « Ils pourraient être classés comme un « organisme imparfait ». Je pense cependant qu’ils peuvent être considérés comme des robots. Même s’ils sont vivants, ils sont construits de toutes pièces dans un but précis. Ce n’est pas quelque chose qui a jamais existé ou qui pourrait jamais exister dans la nature – c’est une construction créée par l’homme.

Des essaims de robots vivants

Revenons en arrière. L’année dernière, des chercheurs de Tufts ont créé les premiers robots minuscules, vivants et autonomes au monde. Ces xénobots ont été conçus pour fonctionner en essaim: marcher, nager, pousser des pellets, transporter des charges utiles et travailler ensemble pour « regrouper » des objets. débris éparpillés sur la surface de leur plat en tas bien nets. Ils sont capables de survivre des semaines sans nourriture et de se soigner par la suite. lacérations. Oh, et ils sont faits de morceaux de grenouille, reconfigurés par une IA.

Pour créer les xénobots, les chercheurs de Tufts ont prélevé des cellules cutanées sur des embryons de grenouilles fraîches (l'espèce de grenouille est appelée Xénope laevis) et les encourage à « redémarrer leur multicellularité » dans un nouvel environnement. Libérées du reste de l'embryon, ces cellules cutanées formèrent ce qui Michael Lévin, le scientifique qui a donné son nom au Levin Lab, appelle une « proto-créature », dotée de sa propre structure et de son propre comportement.

Alors que les scientifiques de Tufts créaient les organismes physiques xénobots, des chercheurs travaillant en parallèle à l'Université de Le Vermont a utilisé un superordinateur pour exécuter des simulations afin d'essayer de trouver des moyens d'assembler ces robots vivants afin d'effectuer des tâches utiles. Tâches.

« Nous utilisons l’IA. « faire évoluer » différentes conceptions de robots dans un monde virtuel », a déclaré Blackiston. « L’ordinateur se voit confier une tâche, comme « créer un robot capable de marcher en ligne droite », et il assemble des millions de combinaisons différentes de cellules virtuelles jusqu'à ce qu'il résolve le problème… L'ordinateur me donne alors un plan, et je me mets au travail en connectant les cellules pour rendre le vivant version. Donc, d’une certaine manière, je prends les commandes depuis l’ordinateur.

Un document initial sur le travail, une preuve de principe que les robots vivants existent et que l'IA peut les concevoir pour faire des choses simples, a été publié l'année dernière. Un deuxième article, publié récemment dans Robotique scientifique, montre que des mesures ont été prises pour en faire des outils utiles.

La question complémentaire

La biologie traditionnelle du développement s'est concentrée sur des systèmes modèles standards, tels que la mouche des fruits, la souris et la grenouille, et sur la façon dont leurs génomes codent le matériel qui crée un certain type de corps. Les xénobots Levin et ses collègues chercheurs travaillent sur ce qu'il a dit à Digital Trends comme étant la « question complémentaire ». Cela concerne le « reprogrammabilité du logiciel de la vie » et si les cellules génétiquement normales seraient incitées à construire quelque chose de très différent de leur défaut biologique.

« Je pense que c’est le début d’une nouvelle approche dans laquelle une myriade de nouvelles formes de vie sont ajoutées à la boîte à outils standard des biologistes, ce qui leur permet de se demander où se trouvent les formes de vie. " dit Lévine. "Non seulement cela met en lumière la relation entre le génome et l'anatomie, puisque nos xénobots ont une grenouille tout à fait standard. génome - mais il permet également de créer des machines vivantes synthétiques utiles et nous donne un nouveau bac à sable dans lequel comprendre les règles de morphogenèse.

L'idée des robots biologiques n'est pas nouvelle. En fait, il est sans doute antérieur à la conception moderne des robots en tant qu’entités métalliques largement robustes. Les robots imaginés par le dramaturge tchèque Karel Čapek, qui a inventé le terme « robot » dans sa pièce de science-fiction de 1920 Les robots universels de Rossum sont de nature biologique. Ils sont créés dans une usine utilisant des matériaux organiques synthétiques, ce qui les rend plus proches de l’idée moderne des androïdes que des machines.

D’autres chercheurs réels ont également cherché à combiner le monde naturel et le monde des machines de manière intéressante. Le financement de l'Union européenne Programme Flora Robotica vise à « développer et étudier les relations symbiotiques étroitement liées entre les robots et les plantes naturelles et à explorer les potentiels d’un système plante-robot ». société capable de produire des objets architecturaux et des espaces de vie. Un projet financé par l'Office of Naval Research se concentre quant à lui sur la construction d'un armée d'insectes de criquets cyborgs portant un sac à dos pour effectuer des tâches telles que la détection de bombes. À l'Université du Zhejiang, en Chine, des chercheurs ont créé un système permettant aux humains de contrôler mentalement les mouvements des rats au moyen d’une technologie appelée interface cerveau-cerveau. L'année dernière, des chercheurs de l'Université de Stanford ont intégré microélectronique de faible puissance chez les méduses vivantes dans le but d’améliorer leur propulsion naturelle. Et ainsi de suite.

Un nouvel organisme biologique

La différence entre ces projets et les xénobots est que ces derniers n’utilisent pas simplement des composants technologiques pour augmenter les capacités d’un organisme biologique; cela crée un organisme biologique entièrement nouveau qui peut – ou, du moins, sera – être contrôlé comme un robot entièrement artificiel.

"Les xénobots conçus par l'IA font exploser les définitions du robot et de l'organisme car ils incarnent les caractéristiques des deux." Josh Bongard, professeur au département d’informatique de l’Université du Vermont, a déclaré à Digital Trends. « Ils ressemblent à des robots car ils sont conçus pour remplir de manière autonome certaines fonctions utiles aux humains. Mais ce sont aussi des organismes dans le sens où ce sont des grenouilles génétiquement non modifiées, simplement poussées vers des formes et des fonctions très différentes.

Les Xenobots, promettent leurs créateurs, auront probablement un certain nombre d’applications différentes, à court et à long terme. Levin a suggéré que les possibilités à court terme pourraient inclure le nettoyage et la détection de l'environnement, puisque l'utilisation de cellules amphibiennes est utilisée vivre dans de l'eau à température extérieure, qui sont biodégradables en une semaine environ, pourraient les rendre parfaitement adaptés à ces scénarios. Les robots peuvent métaboliser des produits chimiques dangereux et détecter d’infimes quantités de polluants. Ils disposent même de moyens basiques, actuellement primitifs, d’enregistrer leurs expériences environnementales – en s’éclairant en rouge et en changeant de forme lorsqu’ils sont exposés à certaines conditions.

"Du point de vue environnemental, ceux-ci pourraient être utilisés pour la biodétection et la biorestauration", a déclaré Blackiston. « Nous pourrions programmer les robots vivants pour détecter les polluants et, espérons-le, les rechercher et les détruire. Une fois leur travail terminé, ils [pourraient alors] se décomposer sans danger dans l’environnement, [sans laisser] de déchets artificiels derrière eux. »

La vision à plus long terme se concentre sur la médecine régénérative. « Presque tous les problèmes de la biomédecine – blessures traumatiques, vieillissement, cancer, malformations congénitales – pourraient être résolus. serait vaincu si nous savions comment motiver les collectifs cellulaires à construire les organes complexes que nous souhaitons », a déclaré Lévine.

Les chercheurs pensent qu’il sera possible de créer des robots à partir de différents types de cellules pour différents cas d’utilisation. "Vous pourriez imaginer utiliser un système similaire pour administrer des médicaments à un patient humain ou faciliter le processus de réparation suite à une blessure", a déclaré Blackiston. "S'il était fabriqué à partir des propres cellules souches d'un patient, cela nous permettrait de fabriquer des robots biocompatibles qui seraient naturellement éliminés du patient une fois son travail terminé."

Résoudre les défis

Il y a encore beaucoup de travail à faire avant d’atteindre ce stade. L’un des défis consiste à déterminer la meilleure façon de contrôler les robots. « [Ce problème] reste, pour l’instant, un mystère complet », a déclaré Bongard. « Nous y travaillons et nous espérons avoir de nouvelles surprises à annoncer dans un avenir pas trop lointain. »

Blackiston a déclaré qu'un concept consiste à programmer les robots avec des comportements biologiques innés, qui pourraient potentiellement évoluer avec l'âge. En d’autres termes, les xénobots pourraient « naître » avec un objectif, puis passer à un autre à mesure qu’ils vieillissent.

Un autre obstacle consiste à accélérer la production des robots. Actuellement, les xénobots doivent être construits à la main, un processus qui, a noté Blackiston, « nécessite beaucoup de temps sous le microscope et beaucoup de contrôle moteur fin ». Les chercheurs étudient les moyens d’adapter les bio-imprimantes 3D pour automatiser l’ensemble du processus, ce qui aboutirait à une sorte de chaîne de production de tapis roulant pour les robots vivants.

Une chose est sûre: nous entendrons probablement beaucoup plus parler des xénobots au fil du temps. Le « xeno » dans leur nom restera peut-être présent, mais il est probable qu’il deviendra beaucoup plus familier dans le monde dans les années à venir.

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