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Estos diminutos robots ‘vivientes’ han aprendido ha reproducirse

Estos diminutos robots ‘vivientes’ han aprendido ha reproducirse


Imagen para el artículo titulado Estos diminutos robots 'vivientes' han aprendido ha reproducirse

Captura de pantalla: YouTube/University of Vermont/Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin, y Josh Bongard

Los mismos investigadores detrás de los primeros ‘robots vivientes’ del mundo ahora aseguran que son capaces de reproducirse, según un estudio revisado a pares que acaba de ser publicado recientemente en Proceedings of the National Academy of Sciences.

Los robots en cuestión no son pequeños chips metálicos con patas, sino máquinas biológicas llamadas xenobots que los investigadores de la Universidad de Vermont y la Universidad de Tufts presentaron al mundo por primera vez hace un año. Los xenobots son haces de células madre no modificadas provenientes de una especie de rana africana (Xenopus laevis). Joshua Bongard, un científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont que participó en el estudio, se refirió a ellos el pasado enero como “nuevas máquinas vivientes” e indicó que se trataban de una “nueva clase de artefacto: un organismo vivo y programable”.

Estos xenobots son programables en el sentido en que sus comportamientos rudimentarios están predeterminados en gran parte por su forma inicial. Como escribió nuestro compañero George Dvorsky el año pasado: “Usando un algoritmo evolutivo, los investigadores idearon miles de diseños posibles para su nueva forma de vida, siendo la capacidad de locomoción unidireccional un requisito físico fundamental. Luego se cultivaron células especializadas y se ensamblaron meticulosamente para que coincidieran con la forma diseñada por el ordenador”. Los xenobots son capaces de vivir durante días o semanas en un entorno acuático utilizando la energía almacenada en sus células. Si bien su vida útil se puede prolongar con un entorno rico en nutrientes, después, inevitablemente, se biodegradan.

“Definir ‘robot’ nunca ha sido una cosa fácil, aunque las tecnologías más antiguas han enturbiado el concepto y han hecho que parezca que sabíamos lo que era una buena definición de ‘robot’ y a diferenciarlos de las amebas, las bacterias, los peces, los humanos, etc.” explicaba el autor del estudio, Michael Levin, a Gizmodo por correo electrónico. “Esta tecnología pone de manifiesto que tenemos algunas lagunas de conocimiento importantes en torno a los conceptos de robot, máquina, organismo, programa…”

En el nuevo artículo, investigadores de las dos universidades, así como del Instituto Wyss de Ingeniería de la Universidad de Harvard, informaron que estos xenobots están replicándose de forma autónoma utilizando un método previamente desconocido en cualquier especie animal o vegetal. Levin le dijo a CNN que este método, llamado replicación cinemática, le dejó “asombrado”.

El equipo observó cómo estos xenobots (que están compuestos por unas 3.000 células madre cada uno) iban moviéndose por la placa de Petri para recolectar células madre extraviadas y formar grupos con ellas. Finalmente, cuando se recolectaban suficientes células madre, esos grupos se convertían en nuevos xenobots. Bongard le dijo a la CNN que si bien el comportamiento que habían observado inicialmente era raro y específico de esta situación, el equipo usó una supercomputadora para probar miles de millones de formas corporales para determinar la forma ideal para la colección. Este superordenador terminó mostrando algo que se parecía mucho al famoso Pac-Man. Igual que la forma de Pac-Man lo hacía perfecto para devorar fantasmas, estos xenobots en forma de C se volvieron mucho más efectivos para atrapar grupos de células madre y formar nuevos xenobots.

“La mayoría de la gente piensa que los robots están hechos de metal, pero no se trata tanto de lo qué está hecho un robot, sino de lo que hace, que es actuar por sí solo en nombre de la gente”, dijo Bongard a la CNN. “La IA no programó estas máquinas de la forma en que solemos pensar al escribir código. Lo que hizo fue pensar y dar forma a este Pac-Man”.

Bongard le dijo a CNN que “la forma es, en esencia, la programación” y que “influye en cómo se comportan los xenobots para amplificar este proceso increíblemente sorprendente”.

En un correo electrónico le explicó a Gizmodo que se usaron células de rana porque es uno de los organismos más comunes utilizados en estudios biológicos. Levin y otro biólogo del equipo, Douglas Blackiston, también tienen una amplia experiencia trabajando con tejidos de rana. De hecho, la investigación previa del equipo para inducir a los xenobots a un comportamiento específico llevó al descubrimiento de que podían replicarse a sí mismos.

“En nuestro primer experimento en enero de 2020, incluimos tejido del músculo cardíaco de la rana en los xenobots y demostramos que podían moverse lentamente por el fondo de una placa de Petri”, dijo Bongard. “En un segundo artículo de marzo de 2021, mostramos que a los xenobots les pueden crecer pequeños pelos llamados cilios en su superficie exterior. Moviendo estos cilios podían nadar, lo que se convertía en un movimiento más rápido que caminar por el agua. También demostramos que podíamos hacer que los robots ‘vieran’, ‘recordaran’ y ‘regresasen’.

“Cuando entran en contacto con la luz azul, destinada a representar algo de interés para los humanos en su entorno, cambian de forma permanente a un color rojo brillante”, agregó Bongard. “Al contar los bots rojos al final de la experiencia, pudimos saber cuántos bots habían ‘visto’ la luz azul. También demostramos que un enjambre de xenobots moviéndose aleatoriamente provocaba que los que las bolitas de su entorno quedasen apiladas. Esto fue parte de la inspiración para nuestro trabajo actual”.

Se sabe que la replicación cinemática ocurre a nivel molecular, pero Bongard le dijo a Gizmodo que nunca se había observado ni se creía que ocurriera en organismos. Según el estudio, los investigadores verificaron que los xenobots, y no la “dinámica de fluidos y el autoensamblaje”, eran los responsables de la replicación después de observar que las células madre no se combinaban espontáneamente cuando no había xenobots.

En el estudio, los investigadores escribieron que la replicación cinemática y la autorreplicación espontánea de los xenobots podrían ayudar a explicar los orígenes de la vida en la Tierra. Escribieron que nuevas investigaciones podrían hacer avanzar la hipótesis del mundo amiloide, que “postula que los péptidos autoensamblados fueron la primera entidad molecular capaz de autorreplicarse y, por lo tanto, representarían la etapa más temprana en la evolución de la vida, anterior incluso al mundo del ARN. “El estudio también podría contribuir a la comprensión de “cómo los procesos de autoamplificación pueden emerger espontáneamente, de nuevas maneras y en nuevas formas, en máquinas abióticas, celulares o biohíbridas”, agregaron. En su web, el equipo especula que los xenobots podrían contribuir a la comprensión de la biología celular y eventualmente conducir a avances en la medicina regenerativa.

Realmente nadie sabe para qué se podrían usar los futuros xenobots, dijo Bongard. “Es imposible saber qué aplicaciones tendrá una tecnología en esta etapa muy temprana como en la que se encuentran los xenobots”, escribió Bongard. “Todo lo que podemos hacer es considerar las ventajas que tiene esta tecnología sobre los robots tradicionales, que es que son pequeños, biodegradables y felices en el agua”.

“Esto significa que, con la reglamentación adecuada, pueden operar en entornos cerrados: pueden inspeccionar las raíces de las plantas en granjas verticales, facilitar la producción de la carne cultivada o reducir el coste de producción del agua dulce en las instalaciones de desalinización”, dijo Bongard.

Levin explicó a Gizmodo que las posibles aplicaciones de los xenobots pueden surgir en varias áreas. Una es en “máquinas vivientes sintéticas específicas y útiles (para trabajar en el cuerpo, para esculpir tejidos de trasplantes in vitro, en plantas/instalaciones de producción, en el medio ambiente, en exploración, etc.), mientras que otra es “Usar los xenobots como una caja de arena en la que aprender a convencer a grupos de células para que construyan lo que queremos que construyan. Una vez que podamos hacerlo de manera fiable, podremos tener una medicina regenerativa realmente transformadora para los defectos durante el nacimiento, el cáncer , lesiones traumáticas, envejecimiento, etc. Todas esas situaciones se pueden abordar una vez que comprendamos cómo estimular a las células para que utilicen su capacidad colectiva para resolver problemas y que produzcan los órganos y tejidos que queremos que produzcan”.

Levin agregó que los xenobots podrían ayudar a los científicos “a comprender y controlar mejor los objetivos y el comportamiento de los enjambres de agentes activos; en este caso, las células, pero esas mismas lecciones nos podrían a ayudar a asegurarnos de que el Internet de las Cosas, los enjambres de robots y muchas otras tecnologías tengan realmente resultados beneficiosos”.



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