Scienziati dell’Università del Vermont, della Tufts University e del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’Università di Harvard hanno creato i primi robot viventi autoreplicanti. La creazione ha seguito la scoperta di una nuova forma di riproduzione biologica.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati negli Atti della National Academy of Sciences .
Xenobot viventi
Il team è lo stesso che ha costruito i primi “Xenobot” viventi e ha scoperto che gli organismi progettati al computer e assemblati a mano sono in grado di nuotare nel loro minuscolo piatto per trovare singole cellule. Quindi raccolgono centinaia di loro per assemblare Xenobot “bambini” che diventano Xenobot normali dopo pochi giorni.
I nuovi Xenobot possono quindi uscire e costruire copie di se stessi, ripetendo questo processo più e più volte.
Joshua Bongard, Ph.D., è uno scienziato informatico ed esperto di robotica presso l’Università del Vermont. Ha co-diretto la ricerca.
“Con il design giusto, si replicheranno spontaneamente”, ha affermato Bongard.
Il team ha tratto ispirazione dalla rana Xenopus laevis , in cui le cellule embrionali si sarebbero sviluppate nella pelle.
Michael Levin, Ph.D., è professore di biologia e direttore dell’Allen Discovery Center della Tufts University e co-leader della nuova ricerca. È anche membro della Facoltà Associata presso il Wyss Institute.
“Sarebbero seduti all’esterno di un girino, tenendo fuori gli agenti patogeni e ridistribuendo il muco”, ha detto Levin. “Ma li stiamo inserendo in un contesto nuovo. Diamo loro la possibilità di reimmaginare la loro multicellularità”.
Douglas Blackiston, Ph.D., è coautore della ricerca e scienziato senior presso la Tufts University e il Wyss Institute. Era responsabile dell’assemblaggio dei “genitori” Xenobot e dello sviluppo della parte biologica dello studio.
“La gente ha pensato per molto tempo che avessimo elaborato tutti i modi in cui la vita può riprodursi o replicarsi. Ma questo è qualcosa che non è mai stato osservato prima”, ha detto Blackiston.
“Questo è profondo”, ha continuato Levin. “Queste cellule hanno il genoma di una rana, ma, liberate dal diventare girini, usano la loro intelligenza collettiva, una plasticità, per fare qualcosa di sbalorditivo”.
Replica spontanea
Esperimenti precedenti hanno dimostrato come gli Xenobot potrebbero essere progettati per svolgere compiti semplici, ma i nuovi mostrano come gli oggetti biologici possono replicarsi spontaneamente.
“Abbiamo il genoma della rana completo e inalterato, ma non lascia intendere che queste cellule possano lavorare insieme su questo nuovo compito”, ha detto Levin.
Sam Kriegman, Ph.D., è l’autore principale dello studio.
“Queste sono cellule di rana che si replicano in un modo molto diverso da come lo fanno le rane. Nessun animale o pianta noto alla scienza si replica in questo modo”, ha detto Kriegman.
Uno dei più grandi progressi in questa ricerca è stata la dimostrazione della replicazione cinematica, che non è mai stata osservata su scala di intere cellule o organismi.
Poiché questo è un territorio completamente nuovo nel campo della robotica, il team sta rispondendo al rischio associato a tale tecnologia.
“Stiamo lavorando per capire questa proprietà: la replica. Il mondo e le tecnologie stanno cambiando rapidamente. È importante, per la società nel suo insieme, che studiamo e comprendiamo come funziona”, ha affermato Bongard. ” (i robot) non sono quelli che mi tengono sveglio la notte. Ciò che presenta il rischio è la prossima pandemia; accelerare i danni agli ecosistemi causati dall’inquinamento; l’intensificarsi delle minacce dei cambiamenti climatici. Questo è un sistema ideale in cui studiare i sistemi autoreplicanti. Abbiamo un imperativo morale per comprendere le condizioni in cui possiamo controllarlo, dirigerlo, spegnerlo, esagerarlo”.
I robot viventi sono interamente tenuti in un laboratorio, possono essere facilmente estinti e sono controllati da esperti di etica federali, statali e istituzionali.
Il team vede molte potenziali applicazioni per tale tecnologia, inclusa la medicina rigenerativa.
“Se sapessimo come dire alle collezioni di cellule di fare ciò che volevamo che facessero, in definitiva, quella sarebbe la medicina rigenerativa – questa è la soluzione a lesioni traumatiche, difetti alla nascita, cancro e invecchiamento”, ha detto Levin. “Tutti questi diversi problemi sono qui perché non sappiamo come prevedere e controllare quali gruppi di cellule andranno a costruire. Gli xenobot sono una nuova piattaforma per insegnarci.”
