Xenobots: la nueva generación de robots vivientes ya está aquí

El pasado año, un equipo de biólogos e informáticos de la Universidad de Tufts y Vermont crearon nuevas y diminutas máquinas biológicas auto curativas a partir de células de rana llamadas "Xenobots" que podían moverse, impulsar una carga útil e incluso mostrar comportamiento colectivo en presencia de enjambres de otros Xenobots. Sin embargo, el mismo equipo ha ido más allá y ha creado una nueva generación de robots vivientes. Bienvenidos y bienvenidas al mundo de los Xenobots 2.0.

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Un organismo diseñado por computadora. Izquierda: el diseño descubierto por el método de búsqueda computacional en simulación. Derecha: el organismo físico desplegado, construido completamente a partir de tejido biológico [piel de rana (verde) y músculo cardíaco (rojo)]. Fuente: Sam Kriegman / Wikipedia
Xenobots: la nueva generación de robots vivientes ya está aquí

¿Que son los Xenobots?

Los Xenobots, que llevan el nombre de la rana africana con garras (Xenopus laevis), son organismos sintéticos que son diseñados automáticamente por computadoras para realizar alguna función deseada y construidos combinando diferentes tejidos biológicos. Los Xenobots tienen menos de 1 milímetro (0,039 pulgadas) de ancho y están compuestos de solo dos cosas: células de la piel y células del músculo cardíaco, las cuales se derivan de células madre recolectadas de embriones de rana tempranos. Las células de la piel proporcionan un soporte rígido y las células del corazón actúan como pequeños motores, contrayéndose y expandiéndose en volumen para impulsar al Xenobot hacia adelante. 

La forma del cuerpo de un Xenobot y su distribución de células de la piel y el corazón se diseñan automáticamente en simulación para realizar una tarea específica, utilizando un proceso de prueba y error (un algoritmo evolutivo). Los Xenobots han sido diseñados para caminar, nadar, empujar, transportar cargas útiles y trabajar juntos en un enjambre para acumular escombros esparcidos por la superficie de su plato en ordenadas pilas. Pueden sobrevivir durante semanas sin comida y curarse después de las laceraciones. 

Xenobots 2.0

Los Xenobots 2.0 son una versión mejorada de los Xenobots 1.0 que se dieron a conocer el año pasado por primera vez, y de los que ya os hablamos en EULIXE. Al igual que sus predecesores, los nuevos robots vivientes pueden trabajar juntos en grupo y curarse a sí mismos. Al respecto, los nuevos robots tienen la capacidad de cerrar la mayor parte de una laceración severa de larga longitud a la mitad de su grosor en cinco minutos posteriores a la lesión. Todos los robots que sufrieron alguna lesión fueron capaces de curar la herida, restaurar su forma y continuar con su trabajo. Por otro lado, los Xenobots 2.0 son más rápidos y viven más tiempo que sus antecesores, y pueden registrar información sobre su entorno.

En cierto modo, los Xenobots están construidos como un robot tradicional. Solo usamos células y tejidos en lugar de componentes artificiales para construir la forma y crear un comportamiento predecible. Desde el punto de vista biológico, este enfoque nos ayuda a entender cómo las células se comunican mientras interactúan entre sí durante el desarrollo y cómo podemos controlar mejor esas interacciones - Doug Blackiston, coautor del estudio

Miembros de la Universidad Vermont utilizaron un algoritmo evolutivo que se ejecuta en una supercomputadora para simular "cómo se comportarían las diferentes formas de Xenobots, probándolos bajo cientos de miles de condiciones ambientales aleatorias". Estas simulaciones sirvieron para identificar que diseños funcionaban de manera más optima. "Finalmente, estamos apuntando a un nuevo tipo de herramienta viva que podría, por ejemplo, limpiar micro plásticos en el océano o contaminantes en el suelo", afirmó el experto en robótica Josh Bongrad.  

Según los especialistas, una característica central de la rebotica es la capacidad de registrar memorias y usar esa información para modificar las acciones y los comportamientos de los robots.

Los científicos de Tufts diseñaron los Xenobots con una capacidad de lectura / escritura para registrar un bit de información, utilizando una proteína informadora fluorescente llamada EosFP, que normalmente se ilumina en verde. Sin embargo, cuando se expone a la luz a una longitud de onda de 390 nm, la proteína emite luz roja en su lugar. Las células de los embriones de rana se inyectaron con ARN mensajero que codifica la proteína EosFP antes de que se extirparan las células madre para crear los Xenobots [...] Los investigadores probaron la función de la memoria al permitir que 10 Xenobots nadaran alrededor de una superficie en la que un punto estaba iluminado con un haz de luz de 390 nm. Después de dos horas, encontraron que tres robots emitían luz roja. El resto mantuvo su color verde original, registrando efectivamente la "experiencia de viaje" de los robots - TufsNow

Según los científicos, esta prueba podría ampliarse en el futuro para detectar y registrar no solo la luz, sino también la presencia de contaminación radiactiva, contaminantes químicos, medicamentos o enfermedades. También subrayan que una mayor ingeniería de la función de memoria podría permitir la grabación de múltiples estímulos (más bits de información) o permitir que los robots liberen compuestos o cambien el comportamiento al sentir los estímulos.

Cuando incorporamos más capacidades a los robots, podemos usar las simulaciones por computadora para diseñarlos con comportamientos más complejos y la capacidad de realizar tareas más elaboradas. Podríamos diseñarlos potencialmente no solo para informar las condiciones en su entorno, sino también para modificar y reparar las condiciones en su entorno - Josh Bongrad

El futuro de los Xenobots

El profesor Michael Levin, además de resaltar el potencial de los Xenobots para realizar tareas útiles en el medio ambiente o potencialmente en aplicaciones terapéuticas, subraya que existen "beneficios muy valiosos" en esta investigación: usar los robots para comprender cómo las células individuales se unen, se comunican y se especializan para crear un organismo más grande, cómo lo hacen en la naturaleza para crear una rana o un ser humano. "Es un sistema modelo que puede proporcionar una base para la medicina regenerativa", afirman.

Por otro lado, según los autores del estudio, los Xenobots y sus sucesores también pueden proporcionar información sobre cómo los organismos multicelulares surgieron a partir de organismos unicelulares antiguos y los orígenes del procesamiento de información, la toma de decisiones y la cognición en los organismos biológicos.

El objetivo final de los investigadores de Tufts y UVM no es solo explorar la gama completa de robots biológicos que pueden fabricar; también es comprender la relación entre el "hardware" del genoma y el "software" de las comunicaciones celulares que intervienen en la creación de tejidos, órganos y extremidades organizados. Entonces podremos obtener un mayor control de esa morfogénesis para la medicina regenerativa y el tratamiento del cáncer y las enfermedades del envejecimiento - TufsNow

Impulsados por los hallazgos y su potencialidad, la Universidad de Tuftus y la Universidad de Vermont han establecido el Instituto de Organismos Diseñados por Computadora (ICDO), que se lanzará formalmente en los próximos meses. Este Instituto reunirá recursos de cada universidad y fuentes externas para crear robots vivientes con capacidades cada vez más sofisticadas.  

Sin embargo, no todos comparten el mismo optimismo. Según la doctora Arantxa Serantes, experta en Humanidades Digitales, Tecno-ética / Info-ética y  Thick Data, se deberían realizar seguimientos desde la bioética de este tipo de investigaciones. "Me parece insólito que desde la bioética no se realice un seguimiento de este tipo de investigaciones, porque en nombre de la ciencia no todo debería estar permitido", subraya, y efectúa la siguiente reflexión: "Es posible que pueda curarse una enfermedad o limpiar microplásticos con un Xenobot. La pregunta es ¿serían necesarios si elimináramos la causa primera? Es decir, todo lo nocivo para la salud y para la subsistencia. También quedan en tela de juicio los posibles usos, la mítica ciencia del bien y del mal ¿Podrían generarse nuevas especies?¿Estamos cerca de alcanzar el sueño creador?"