Xenobots: conheça os robôs vivos que conseguem se reproduzir

A ciência deu mais um passo importante em busca de mecanismos artificiais perfeitos, agora com os Xenobots temos a chance de termos robôs que se reproduzem.

A reprodução foi descoberta pela equipe que construiu os primeiros robôs vivos, eles descobriram que esses organismos projetados por computador e montados à mão podem nadar em seu minúsculo prato, encontrar células individuais, reunir centenas deles e montar xenobots “filhotes” em uma espécie de “boca”, como a forma de um Pac-Man.

Assim que estes novos filhotes crescem com o passar dos dias, viram xenobots adultos e o ciclo pode se repetir.

“Com o design certo – eles irão se auto-replicar espontaneamente”, diz Joshua Bongard, um cientista da computação e especialista em robótica da Universidade de Vermont que co-liderou a nova pesquisa.

Em uma rã Xenopus laevis, essas células embrionárias se desenvolveriam em pele. “Eles estariam sentados do lado de fora de um girino, afastando os patógenos e redistribuindo o muco”, diz Michael Levin, professor de biologia e diretor do Allen Discovery Center da Tufts University e co-líder da nova pesquisa. “Mas estamos colocando-os em um novo contexto. Estamos dando a eles a chance de reimaginar sua multicelularidade. ”

E o que eles imaginam é algo muito diferente da pele. “As pessoas pensam há muito tempo que descobrimos todas as maneiras pelas quais a vida pode se reproduzir ou replicar. Mas isso é algo que nunca foi observado antes ”, diz o coautor Douglas Blackiston, o cientista sênior da Tufts University que reuniu os“ pais ”do Xenobot e desenvolveu a parte biológica do novo estudo.

“Isso é profundo”, diz Levin. “Essas células têm o genoma de um sapo, mas, livres de se tornarem girinos, usam sua inteligência coletiva, uma plasticidade, para fazer algo espantoso.” Em experimentos anteriores, os cientistas ficaram surpresos com o fato de os Xenobots serem projetados para realizar tarefas simples. Agora eles estão surpresos de que esses objetos biológicos – uma coleção de células projetada por computador – se replicarão espontaneamente. “Temos o genoma completo e inalterado do sapo”, diz Levin, “mas não deu nenhuma pista de que essas células podem trabalhar juntas nesta nova tarefa”, de reunir e compactar células separadas em autocópias de trabalho.

“Essas são células de rã que se replicam de uma maneira muito diferente de como as rãs fazem. Nenhum animal ou planta conhecida pela ciência se replica dessa maneira ”, diz Sam Kriegman, o principal autor do novo estudo, que concluiu seu PhD no laboratório de Bongard na UVM e agora é um pesquisador de pós-doutorado no Tuft’s Allen Center e na Universidade de Harvard Wyss Instituto de Engenharia Inspirada na Biologia.

Por conta própria, o pai Xenobot, feito de cerca de 3.000 células, forma uma esfera. “Isso pode gerar filhos, mas o sistema normalmente morre depois disso. É muito difícil, na verdade, fazer com que o sistema continue se reproduzindo ”, diz Kriegman. Mas com um programa de inteligência artificial trabalhando no cluster de supercomputador Deep Green no Vermont Advanced Computing Core da UVM , um algoritmo evolucionário foi capaz de testar bilhões de formas de corpos em simulação – triângulos, quadrados, pirâmides, estrelas do mar – para encontrar aqueles que permitissem às células ser mais eficaz na replicação “cinemática” baseada em movimento relatada na nova pesquisa.

“Pedimos ao supercomputador da UVM que descobrisse como ajustar a forma dos pais iniciais, e a IA apresentou alguns designs estranhos depois de meses trabalhando, incluindo um que lembrava o Pac-Man”, disse Kriegman. “É muito não intuitivo. Parece muito simples, mas não é algo que um engenheiro humano inventaria. Por que uma pequena boca? Por que não cinco? Enviamos os resultados para Doug e ele construiu esses Xenobots pais em forma de Pac-Man. Então, aqueles pais construíram filhos, que construíram netos, que construíram bisnetos, que construíram tataranetos. ” Em outras palavras, o design certo estendeu muito o número de gerações.

A replicação cinemática é bem conhecida no nível das moléculas – mas nunca foi observada antes na escala de células inteiras ou organismos.

“Descobrimos que existe esse espaço até então desconhecido dentro dos organismos, ou sistemas vivos, e é um espaço vasto”, diz Bongard, professor da Faculdade de Engenharia e Ciências Matemáticas da UVM . “Como vamos explorar esse espaço? Encontramos Xenobots que andam. Encontramos Xenobots que nadam. E agora, neste estudo, encontramos Xenobots que se reproduzem cinematicamente. O que mais há por aí? ”

Ou, como os cientistas escrevem no estudo Proceedings of the National Academy of Sciences : “a vida nutre comportamentos surpreendentes logo abaixo da superfície, esperando para serem descobertos”.

Xenobot

Os Xenobotes, nomeados em homenagem a rã-de-unhas-africana (Xenopus laevis), são microrrobôs de autocura.

Xenobotes podem caminhar e nadar, sobreviver por semanas sem comida e trabalhar juntos em grupos, podem curar-se sozinhos e continuar trabalhando.

A nova geração tomou forma por conta própria, totalmente sem orientação ou assistência humana e ainda conseguem se reproduzir.

*Com informações da Wiki, University of Vermont