Os Xenobots 2.0 Estão Aqui e Ainda Desenvolvidos Com Células-Tronco de Rã

A mesma equipe de biólogos e cientistas da computação da Universidade de Tufts e da Universidade de Vermont que criou os “Xenobots” no ano passado agora desenvolveu os Xenobots 2.0. A versão do ano passado era uma máquina biológica autônoma e auto-curativa criada a partir de células de rã, e eles podiam navegar, empurrar cargas e atuar como uma unidade coletiva em alguns casos.

Xenobots 2.0

Os novos Xenobots 2.0 são formas de vida que podem se auto-montar a partir de células individuais. Eles não precisam de músculos para se mover e até demonstraram memória registrável. Em comparação com seus antecessores, os novos robôs se movem mais rápido, navegam em mais ambientes e têm uma vida mais longa. Ao mesmo tempo, eles ainda podem trabalhar juntos e se curar quando danificados.

A nova pesquisa foi publicada em Science Robotics.

Com os Xenobots 1.0, as automações de tamanho milimétrico foram construídas “de cima para baixo”, com a colocação manual de tecido e modelagem cirúrgica de pele e células cardíacas de rã, que produz movimento. Com a nova versão da tecnologia, eles foram construídos “de baixo para cima”.

Células-tronco foram retiradas dos embriões da rã africana chamada Xenopus laevis, e isso permitiu que elas se auto-montassem e crescessem em esferoides. Depois de alguns dias, as células se diferenciaram e produziram cílios que se moviam para trás e para frente ou giravam de uma maneira específica.

Esses cílios fornecem aos novos robôs um tipo de “pernas” que os permite viajar rapidamente sobre superfícies. No mundo biológico, cílios, ou projeções capilares, são frequentemente encontrados em superfícies mucosas, como os pulmões. Eles ajudam empurrando material estranho e patógenos, mas nos Xenobots, eles oferecem locomoção rápida.

Michael Levin é um professor distinto de biologia e diretor do Allen Discovery Center da Universidade de Tufts. Ele é o autor correspondente do estudo.

“Estamos testemunhando a notável plasticidade de coletivos celulares, que constroem um ‘corpo’ rudimentar novo, que é bastante distinto do seu padrão – nesse caso, uma rã – apesar de ter um genoma completamente normal”, disse Levin. “Em um embrião de rã, as células cooperam para criar um girino. Aqui, removidas desse contexto, vemos que as células podem reutilizar seu hardware genético, como cílios, para novas funções, como locomoção. É incrível que as células possam assumir novos papéis e criar novos planos corporais e comportamentos sem longos períodos de seleção evolutiva para esses recursos.”

O cientista sênior Doug Blackiston foi co-autor do estudo, juntamente com a técnica de pesquisa Emma Lederer.

“De certa forma, os Xenobots são construídos como um robô tradicional. Só que usamos células e tecidos em vez de componentes artificiais para construir a forma e criar comportamentos previsíveis”, disse Blackiston. “No lado biológico, essa abordagem está nos ajudando a entender como as células se comunicam enquanto interagem umas com as outras durante o desenvolvimento e como podemos controlar melhor essas interações.”

Na UVM, os cientistas estavam desenvolvendo simulações computacionais que modelavam diferentes formas dos Xenobots, o que ajudou a identificar diferentes comportamentos que foram exibidos em indivíduos e grupos. A equipe contou com o cluster de supercomputador Deep Green do Vermont Advanced Computing Core.

Liderados pelo cientista da computação e especialista em robótica Josh Bongard, a equipe criou centenas de milhares de condições ambientais por meio do uso de um algoritmo evolutivo. As simulações foram então usadas para identificar Xenobots que pudessem trabalhar juntos em enxames para coletar detritos em um campo de partículas.

Sabemos a tarefa, mas não é nada óbvio – para as pessoas – como um design bem-sucedido deve parecer. É aí que o supercomputador entra e busca no espaço de todos os possíveis enxames de Xenobots para encontrar o enxame que faz o trabalho melhor”, diz Bongard. “Queremos que os Xenobots façam trabalhos úteis. No momento, estamos dando a eles tarefas simples, mas no final, estamos visando uma nova ferramenta viva que poderia, por exemplo, limpar microplásticos nos oceanos ou contaminantes no solo.”

A nova versão dos robôs é mais rápida e eficiente em tarefas como coleta de lixo, e agora eles podem cobrir grandes superfícies planas. A nova atualização também inclui a capacidade do Xenobot de registrar informações.

https://www.youtube.com/watch?v=g_eLsiAv8w4&feature=emb_title

Gravação de Memória e Auto-Cura

A característica mais impressionante da nova tecnologia é a capacidade dos robôs de registrar memória, que pode ser usada para modificar suas ações e comportamentos. A função de memória recém-desenvolvida foi testada e a prova de conceito demonstrou que pode ser estendida no futuro para detectar e registrar luz, presença de contaminação radioativa, poluentes químicos e mais.

“Quando trazemos mais capacidades para os robôs, podemos usar as simulações computacionais para projetá-los com comportamentos mais complexos e a capacidade de realizar tarefas mais elaboradas”, disse Bongard. “Podemos potencialmente projetá-los não apenas para relatar condições em seu ambiente, mas também para modificar e reparar condições em seu ambiente.”

A nova versão dos robôs também é capaz de se auto-curar muito eficientemente, demonstrando que eles são capazes de fechar a maioria de uma laceração grave de comprimento total metade de sua espessura dentro de apenas cinco minutos.

Os novos Xenobots mantêm a capacidade de sobreviver até dez dias com as reservas de energia embrionárias, e suas tarefas podem ser realizadas sem fontes de energia adicionais. Se eles forem mantidos em diferentes nutrientes, eles podem continuar a funcionar a toda velocidade por meses.