Robots “vivientes”: cómo funcionan y qué puertas abren

Crean organismos a partir de células madre de rana, programables y capaces de autoorganizarse.

16 Ene 2020
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LOS XENOBOTS. Tienen formas corporales nunca vistas en la naturaleza.

La ciencia se parece cada vez más a esa ficción que hasta no hace mucho sólo podíamos leer y ver en las pantallas: “Esta investigación, por primera vez, diseña máquinas completamente biológicas desde cero”, así anunció su logro un equipo de investigadores de las universidades de Vermont y Tufts, ambas de Estados Unidos, codirigido por Joshua Bongard, experto en informática y robótica de la Universidad de Vermont, y Michael Levin, que dirige el Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts.

Para lograrlo han reutilizado células raspadas de embriones de rana, de las que han obtenido formas de vida completamente nuevas, consideradas robots vivientes. Los llamaron “xenobots”, en honor a la especie de rana africana que “donó” sus células madre. Tienen un milímetro de ancho y pueden moverse hacia un objetivo, como por ejemplo, levantar una carga útil (como un medicamento que debe llevarse a un lugar específico dentro de un paciente) y curarse a sí mismos después de ser cortados. “Son máquinas vivas novedosas -asegura Bongard-. No es un robot tradicional ni una especie animal. Es una nueva clase de artefacto: un organismo vivo programable”

Estas nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora de la Universidad de Vermont, y luego ensambladas y probadas por biólogos de la Universidad de Tufts. “Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos, que hacen tareas que otras máquinas no pueden hacer”, explica el otro líder del equipo, Levin. “Pueden buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos, o viajar por las arterias raspando placas”, añade.

Algoritmo

Durante meses, con la supercomputadora Deep Green, en el Vermont Advanced Computing Core, el equipo, incluido el estudiante de doctorado Sam Kriegman, utilizó un algoritmo evolutivo para crear miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida, intentando lograr los objetivos que se habían planteado: que los nuevos seres fueran capaces de lograr, por ejemplo, la locomoción en una dirección.

Para ello, la computadora ensamblaba una y otra vez cientos de células simuladas en innumerables formas corporales. A medida que se ejecutaban los programas, impulsados por reglas básicas sobre la biofísica de lo que la piel de rana y las células cardíacas pueden hacer, los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y se refinaron, mientras que los diseños fallidos se descartaron. Después de cien ejecuciones independientes del algoritmo, se seleccionaron los diseños más prometedores para la prueba.

Transferencia

En la segunda etapa, el equipo de Tufts, dirigido por Levin y con el trabajo clave del microcirujano Douglas Blackiston, transfirió los diseños a la vida. Primero recolectaron células madre, cosechadas de los embriones de unas ranas africanas (la especie Xenopus laevis), que se separaron en células individuales y se dejaron incubar. Luego, usando unas pinzas diminutas y un electrodo aún más pequeño, las células fueron cortadas y unidas bajo un microscopio en una aproximación cercana a los diseños especificados por la computadora.

No es un robot tradicional ni una nueva especie animal. Es una nueva clase de artefacto: un organismo vivo programable.

Ensambladas en formas corporales nunca vistas en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas. Las de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las contracciones de las células del músculo cardíaco, que al principio habían sido aleatorias, se pusieron a trabajar en un movimiento ordenado hacia adelante, según lo indicado por el diseño de la computadora, y ayudado por patrones espontáneos de autoorganización. Todo esto permite que los robots se muevan sobre sí mismos de manera coherente y explorar su entorno acuoso durante días o semanas, impulsados por depósitos de energía embrionaria. Hubo un “pero”: por ahora, si se dan vuelta, fallan, como escarabajos volteados sobre su espalda.

Trabajan en equipo

Pruebas posteriores mostraron que grupos de xenobots se moverían en círculos, empujando los gránulos hacia una ubicación central, de forma espontánea y colectiva. Otros fueron construidos con un agujero a través del centro para reducir la resistencia. En versiones simuladas de estos, los científicos pudieron reutilizar este agujero como una bolsa para transportar con éxito un objeto. “Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos”, dice Bongard, profesor del Departamento de Ciencias de la Computación y Centro de Sistemas Complejos de la Universidad de Vermont.

Tecnología biodegradable

Muchas tecnologías están hechas de acero, hormigón o plástico. Eso puede hacerlos fuertes o flexibles. Pero también pueden crear problemas ecológicos y de salud humana, como la creciente contaminación plástica en los océanos y la toxicidad de muchos materiales sintéticos y electrónicos. “La desventaja del tejido vivo es que es débil y se degrada”, dice Bongard. “Es por eso que usamos acero. Pero los organismos tienen 4.500 millones de años de práctica para regenerarse y continuar durante décadas”. Y cuando dejan de trabajar, generalmente se desmoronan sin causar daño. “Estos xenobots son completamente biodegradables”, dice Bongard. “Cuando terminan su trabajo después de siete días, son solo células muertas de la piel”, agrega. (DPA)

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