Xenobots
Ciencia

Xenobots

Los robots vivos de células de rana

Los investigadores norteamericanos Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin y Josh Bongard han logrado lo que resulta inverosímil a pesar de los sobresalientes avances de la ciencia y la tecnología: han creado, a partir de la programación computacional y de las células madre de una rana, pequeñísimos robots de carne que poseen diversas habilidades y cualidades, entre ellas la de regenerarse espontáneamente en caso de sufrir un daño. Las minúsculas creaciones, del tamaño de la cabeza de un alfiler, son nombradas xenobots debido a que las células utilizadas en este desarrollo pertenecen a Xenopus laevis o rana de uñas africana, ampliamente utilizada en experimentos.

Los robots orgánicos tienen diversas formas disociadas con los modelos creados por la naturaleza; pueden desplazarse en línea recta o en círculos, también pueden agruparse y generar comportamientos espontáneos. Los primeros modelos de estos singulares robots llegan a “vivir” siete días y después se degradan.

Los científicos son responsables del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Vermont, del Departamento de Biología de la Universidad de Tufts y del Centro de Investigación de la misma institución, así como del Instituto de Biología Inspirada en la Ingeniería de la Universidad de Harvard, respectivamente. En enero de este año publicaron el artículo científico el cual, de no ser por su lenguaje técnico, podría pasar por un relato de ciencia ficción.

En el texto difundido por la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, los diseñadores resaltan la aplicación en medicina y en la remediación ambiental que pudiera lograrse con los autómatas de carne. Los xenobots podrían transportar fármacos dentro del cuerpo y después desintegrarse sin daños colaterales, o podrían engullir plásticos e hidrocarburos para limpiar el mar, suponen sus creadores.

Por lo pronto, con la obtención de los nanorobots se retoma el camino de la biotecnología que busca mejorar la calidad de vida en un contexto donde la naturaleza coloca a la humanidad contra las cuerdas con la presencia de virus capaces de exterminarla.

El doctor Blackiston (izquierda) y Michael Levin (derecha). Foto: nytimes.com

MOLDEANDO FINO

Los creadores de los xenobots diseñaron en computadora un algoritmo evolutivo que ofrece diversos modelos de robots “que pueden fabricarse rápidamente utilizando un juego de herramientas de construcción basado en células”, escriben en el artículo científico. A este algoritmo lo proveyeron constantemente de información, y a su vez este proponía modelos tridimensionales que fueron sometidos a prueba centenas de veces. Algunos de los diseños se fusionaron o mezclaron hasta lograr comportamientos deseados antes de pasar a la fase de la bioimpresión en tercera dimensión (3D).

Más que impresión en 3D, puede considerarse como un proceso de modelaje en células vivas como si fuesen plastilina: para el desarrollo se usaron huevos fertilizados de la rana africana. Las capas externas de las células se desecharon manualmente y las capas internas se agitaron hasta que se disociaron sus componentes. El material obtenido se dejó reposar por un par de días hasta que los tejidos se reagruparon, formando una pequeña masilla de carne a la que se le daba la forma propuesta por el algoritmo, utilizando para ello pinzas de microcirugía y un instrumento de microcauterización.

Cabe resaltar que los creadores de los xenobots desarrollaron y seleccionaron tejidos pasivos y contráctiles o cardíacos. Los primeros constituyeron la dermis y los segundos propiciaron el movimiento de los robots. Para obtener tejido cardiaco inyectaron ácido ribonucleico mensajero (ARNm) a las células de los embriones en su estado temprano de desarrollo (llamado blástula); asimismo inhibieron los cilios o filamentos vibrátiles que cubren la membrana celular, con la finalidad de tener mayor control sobre el movimiento.

El algoritmo indicaba en qué lugar debían colocarse los tejidos pasivos y los contráctiles de acuerdo al modelo de robot elegido; una vez concebido el nanorobot, las células desplegaban un proceso de comunicación apegado a la programación por computadora.

Los diseños que pasaron con éxito a través del filtro de construcción se moldearon a partir de tejidos vivos”, utilizando las células de Xenopus cosechadas en laboratorio.

Los robots se examinan en un monitor de computadora conectado a un microscopio. Foto: nytimes.com

ORGANISMO RECONFIGURABLES

Las pruebas del algoritmo supusieron información de ida y vuelta entre el genoma de las células y las propuestas computacionales, fue un proceso acelerado de evolución. “Cuando se completaron todos los ensayos evolutivos, se extrajo el diseño más eficaz de cada prueba. El diseño robusto pasó a la siguiente etapa de movimiento”, y el más rápido fue seleccionado.

La invención de los robots de carne estableció como meta cuatro comportamientos diferentes: locomoción, manipulación de objetos, transporte de objetos y comportamiento colectivo.

El producto final de este procedimiento es una aproximación 3D viva del diseño evolucionado, que posee la capacidad de desplazamiento y de exploración de un entorno acuoso durante un periodo de días o semanas sin nutrientes adicionales”, se lee en el artículo científico.

A los nanorobots los hicieron desplazarse en medios acuosos. Uno de los diseños fue evaluado 25 veces durante un minuto y en cada ensayo trazó una trayectoria diferente, pero que coincidió con lo programado. A ese ejemplar lo sometieron a una prueba más: lo voltearon 180 grados sobre su plano transversal y el resultado fue una reducción significativa del desplazamiento.

En cuanto a la manipulación de objetos los investigadores fueron “sembrando obstáculos” en el entorno de los robots, que fueron programados para que retiraran los escombros del área. Asimismo a los xenobots se les hizo evolucionar hasta crear un modelo con un agujero en el centro de su plano transversal, en el cual pudiesen colocarse objetos distintos con la finalidad de transportarlos.

Y respecto al comportamiento “se pueden colocar múltiples diseños en el mismo entorno, produciendo un comportamiento colectivo. Por ejemplo, dos diseños que a menudo chocaban, formaron un enlace mecánico temporal y orbitaron unos sobre otros durante varias revoluciones antes de separarse a lo largo de trayectorias tangenciales”.

Los creadores de los xenobots diseñaron en computadora un algoritmo evolutivo que ofrece diversos modelos de robots. Foto: wired.com

Para ilustrar el comportamiento de los robots, los científicos comparten videos en Internet donde se aprecian los resultados. En este último aspecto, el del comportamiento colectivo, es evidente cómo se unen unos con otros, giran como si estuviesen tomados de las manos y después continúan su camino.

Lo más sorprendente resultó ser su capacidad para repararse a sí mismos en caso de sufrir un daño: en uno de los videos se aprecia cómo es cortado a propósito uno de los modelos, el cual va cerrando paulatinamente la herida hasta recobrar su fisonomía inicial.

ADIÓS A LAS MÁQUINAS RÍGIDAS

La invención de los xenobots trajo también descubrimientos sobre el comportamiento celular. En el apartado de discusión del artículo científico, los autores destacan la capacidad que tuvieron las células de comunicarse para coordinarse: “A pesar de carecer de sistemas nerviosos y de estar compuestas de materiales de diferentes tejidos, poseen propiedades de auto organización. Por ejemplo, aunque la programación entre las células del músculo cardiaco no se impuso, la coordinación espontánea emergente produjo contracciones coherentes y de fase coincidente que ayudaron a la locomoción en los diseños realizados físicamente”.  

Los xenobots son el parteaguas de la robótica, porque “no solo mantienen por sí mismos su configuración impuesta externamente, sino que también se reparan por sí mismos ante daños, como el cierre automático de laceraciones. Tal comportamiento espontáneo no puede esperarse de máquinas construidas con materiales artificiales”, lo cual no ha ocurrido en el mundo de la tecnología, por el momento.

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