Xenobot
| Xenobot | |
|---|---|
 Un diseño de xenobot descubierto en simulación (izquierda) y el organismo implementado (derecha) construido a partir de piel de rana (verde) y músculo cardíaco (rojo) | |
| Industria | Robótica , Biología sintética |
| Solicitud | Medicina , remediación ambiental |
| Dimensiones | Microescala |
| Fuente de combustible | Nutrientes |
| Autopropulsado | Sí |
| Componentes | Células de rana |
| Inventor | Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin y Josh Bongard |
| Inventado | 2020 |
Los xenobots , llamados así por la rana africana con garras ( Xenopus laevis ), [1] son formas de vida sintéticas diseñadas por computadoras para realizar alguna función deseada y construidas combinando diferentes tejidos biológicos. [1] [2] [3] [4] [5] [6] Existe un debate entre los científicos sobre si los xenobots son robots, organismos o algo completamente diferente.
Xenobots existentes
Los primeros xenobots fueron construidos por Douglas Blackiston según planos generados por un programa de inteligencia artificial desarrollado por Sam Kriegman. [3]
Los xenobots construidos hasta la fecha tienen menos de 1 milímetro (0,04 pulgadas) de ancho y están compuestos de solo dos cosas: células de la piel y células del músculo cardíaco , ambas derivadas de células madre extraídas de embriones de rana tempranos ( etapa de blástula ). [7] Las células de la piel brindan 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 perdigones, llevar cargas útiles y trabajar juntos en un enjambre para agregar escombros esparcidos a lo largo de la superficie de su plato en pilas ordenadas. Pueden sobrevivir durante semanas sin comida y curarse a sí mismos después de laceraciones. [2]
Se han incorporado otros tipos de motores y sensores a los xenobots. En lugar de músculo cardíaco, los xenobots pueden desarrollar parches de cilios y utilizarlos como pequeños remos para nadar. [8] Sin embargo, la locomoción de los xenobots impulsada por cilios es actualmente menos controlable que la locomoción impulsada por el corazón. [9] También se puede introducir una molécula de ARN en los xenobots para darles memoria molecular: si se exponen a un tipo específico de luz durante el comportamiento, brillarán con un color preestablecido cuando se observen bajo un microscopio de fluorescencia . [9]
Los xenobots también pueden autorreplicarse. Pueden reunir células sueltas en su entorno y transformarlas en nuevos xenobots con la misma capacidad. [10] [11] [12]
Aplicaciones potenciales
En la actualidad, los xenobots se utilizan principalmente como una herramienta científica para comprender cómo las células cooperan para construir cuerpos complejos durante la morfogénesis . [1] Sin embargo, el comportamiento y la biocompatibilidad de los xenobots actuales sugieren varias aplicaciones potenciales a las que se les puede aplicar en el futuro.
Los xenobots están compuestos únicamente de células de rana, lo que los convierte en robots biodegradables y respetuosos con el medio ambiente. A diferencia de las tecnologías tradicionales, los xenobots no generan contaminación ni requieren aportes de energía externa durante su ciclo de vida. Se mueven utilizando energía de la grasa y las proteínas almacenadas naturalmente en sus tejidos, que dura aproximadamente una semana, momento en el que simplemente se convierten en células cutáneas muertas. [2] Además, dado que los enjambres de xenobots tienden a trabajar juntos para empujar los gránulos microscópicos en su plato hacia pilas centrales, [2] se ha especulado que los futuros xenobots podrían ser capaces de encontrar y agregar pequeños trozos de microplásticos contaminantes del océano en una gran bola de plástico que un barco tradicional o un dron podría recoger y llevar a un centro de reciclaje.
En futuras aplicaciones clínicas, como la administración dirigida de fármacos, los xenobots podrían fabricarse a partir de las propias células de un paciente humano, lo que prácticamente eliminaría los problemas de respuesta inmunitaria inherentes a otros tipos de sistemas de administración microrobóticos . Estos xenobots podrían utilizarse potencialmente para raspar la placa de las arterias y, con otros tipos de células y bioingeniería, localizar y tratar enfermedades.
Galería
- Cien planos diseñados por computadora para un organismo caminante compuesto de vóxeles pasivos (cian) y contráctiles (rojos).
- Los métodos de IA diseñan automáticamente diversas formas de vida candidatas en simulación (fila superior) para realizar alguna función deseada, y luego se crean diseños transferibles utilizando un kit de herramientas de construcción basado en células para realizar sistemas vivos (fila inferior) con los comportamientos previstos.
- Un xenobot cuadrúpedo alto
- El organismo fabricado está recubierto de músculo cardíaco (que ahora brilla en rojo). La IA optimizó la forma del organismo y la ubicación de su músculo para producir movimiento hacia adelante.
- Un organismo fabricado con dos extremidades traseras musculosas fue la configuración más robusta y energéticamente eficiente de tejidos pasivos (epidermis; verde) y contráctiles (cardíacos; rojo) encontrada por el algoritmo de diseño computacional.
Véase también
Referencias
- ^ abc "Conoce a Xenobot, un nuevo y extraño tipo de organismo programable". Wired . ISSN 1059-1028.
- ^ abcd Kriegman, Sam; Blackiston, Douglas; Levin, Michael; Bongard, Josh (13 de enero de 2020). "Una tubería escalable para diseñar organismos reconfigurables". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 117 (4): 1853–1859. Bibcode :2020PNAS..117.1853K. doi : 10.1073/pnas.1910837117 . ISSN 0027-8424. PMC 6994979 . PMID 31932426.
- ^ ab Sokol, Joshua (3 de abril de 2020). "Conoce a los xenobots: criaturas virtuales que cobran vida". The New York Times .
- ^ Sample, Ian (13 de enero de 2020). "Los científicos utilizan células madre de ranas para construir los primeros robots vivos". The Guardian .
- ^ Yeung, Jessie (13 de enero de 2020). "Los científicos han construido los primeros robots vivos y autocurativos del mundo". CNN .
- ^ "Un equipo de investigación construye robots a partir de células vivas". The Economist .
- ^ Ball, Philip (25 de febrero de 2020). «Robots vivientes». Nature Materials . 19 (3): 265. Bibcode :2020NatMa..19..265B. doi : 10.1038/s41563-020-0627-6 . PMID 32099110.
- ^ "Los robots vivos hechos a partir de células de piel de rana pueden percibir su entorno". New Scientist .
- ^ ab Blackiston, Douglas; Lederer, Emma; Kriegman, Sam; Garnier, Simon; Bongard, Joshua; Levin, Michael (31 de marzo de 2021). "Una plataforma celular para el desarrollo de máquinas vivientes sintéticas". Science Robotics . 6 (52): 1853–1859. doi :10.1126/scirobotics.abf1571. PMID 34043553. S2CID 232432785.
- ^ Kriegman, Sam; Blakiston, Douglas; Levin, Michael; Bongard, Josh (7 de diciembre de 2021). "Autorreplicación cinemática en organismos reconfigurables". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 118 (49). Bibcode :2021PNAS..11812672K. doi : 10.1073/pnas.2112672118 . PMC 8670470 . PMID 34845026. S2CID 244769761.
- ^ "Estos robots vivos hechos de células de rana ahora pueden reproducirse, según un estudio". Washington Post . ISSN 0190-8286 . Consultado el 1 de diciembre de 2021 .
- ^ "Un equipo construye los primeros robots vivos que pueden reproducirse". 29 de noviembre de 2021 . Consultado el 1 de diciembre de 2021 .
Enlaces externos
- Página web que resume y enlaza a todos los artículos sobre xenobots
- Sitio web de Xenobot Lab
- Vídeo de YouTube de Scientific American "Estos investigadores utilizaron inteligencia artificial para diseñar un 'robot animal' completamente nuevo"
