GLI ‘XENOBOT’, I ROBOT AUTOREPLICANTI

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Un Team di ricercatori statunitensi ha assemblato cellule di embrioni di rana in una struttura in grado di muoversi autonomamente, autoripararsi ed anche trasportare un piccolo carico.

Gli Autori dell’opera hanno usato il cluster del supercomputer Deep Green dell’Università del Vermont, su cui “gira” un algoritmo evolutivo in grado di creare migliaia di candidati modelli di nuove forme di vita.

Per raggiungere l’obiettivo assegnato dai ricercatori, per esempio la locomozione in una direzione, il computer aggrega alcune centinaia di cellule simulate in una varietà di forme corporee, rispettando le basi della biofisica e ciò che sono in grado di fare le singole cellule. Non sono animali, anche se sono fatti di cellule estratte da embrioni di rana Xenopus. E non sono neppure robot in senso stretto, anche se sono stati assemblati in laboratorio.

Quelli descritti sui “Proceedings of the National Academy of Sciences” dai ricercatori della Taft University e dell’Università del Vermont sono Xenobot, cioè esseri viventi della lunghezza di pochi millimetri, che possono muoversi verso un obiettivo, autoripararsi dopo essere stato sezionati ed all’occorrenza trasportare un piccolo carico.

Gli Xenobot, sono soprattutto autoreplicanti, perché realizzati con cellule della rana Xenopus aggregate in sfere di pochi millimetri programmate dall’intelligenza artificiale: simili a Pac-Man, sono in grado di muoversi nello spazio ed autoreplicarsi, assemblando le cellule che incontrano lungo il percorso fino a formare nuovi organismi.

Per realizzare questi organismi multicellulari artificiali - ovvero programmati per svolgere funzioni diverse da quelle naturali - i ricercatori hanno prelevato alcune cellule dalla pelle di larve di Xenopus laevis, una rana acquatica endemica nell’Africa australe, le hanno incubate, fino ad ottenere piccoli organismi pluricellulari ricoperti di ciglia e capaci di muoversi.

Successivamente, questi organismi sono stato posti su una piastra insieme ad altre singole cellule di Xenopus. Grazie alle loro ciglia, i piccoli Pac-Man hanno iniziato a muoversi compattando le cellule che incontravano via via lungo il percorso: una volta adese le une alle altre, queste cellule hanno dato vita ad altri organismi dotati di movimento, in appena cinque giorni. ll prototipo di Xenobot ha dimostrato di sapersi muovere in modo coerente, esplorando il proprio ambiente acquatico per giorni, o addirittura settimane. Un’altra capacità sorprendente degli Xenobot è che se vengono divisi in due parti, si autoriparano spontaneamente. Infine, sono completamente biodegradabili. Usando l’intelligenza artificiale, i ricercatori hanno progettato altre schiere di Pac-Man autoreplicanti in diverse configurazioni: stando alle simulazioni al computer, la loro auto-organizzazione potrebbe essere sfruttata per eseguire compiti utili, come ad esempio aderire a fili, o chiudere circuiti.

Il risultato apre un filone di ricerca del tutto nuovo, perché finora i tentativi di assemblare organismi artificiali hanno avuto come modello l’anatomia di animali esistenti, mentre in questo caso si tratta per la prima volta di progettare da zero, macchine biologiche.

Possiamo immaginare molte applicazioni utili di questi robot biologici (organismi semi sintetici programmabili), precluse alle macchine convenzionali”, ha spiegato Michael Levin, direttore del ‘Center for Regenerative and Developmental Biology’ della Tufts University, coautore dello studio.

Per esempio, possono cercare composti nocivi, o contaminanti, raccogliere microplastiche negli oceani, percorrere i vasi sanguigni per ripulirli dalle placche aterosclerotiche”.

Secondo i ricercatori, gli Xenobot offrono anche l’opportunità di capire di più su come le cellule comunicano e si connettono tra loro, con dirette conseguenze sia per la scienza computazionale, sia per la biologia.

"Una grande questione in biologia è capire quali sono gli algoritmi in base ai quali si stabilscono forma e funzione dell'organismo”, ha aggiunto Levin.

"Sappiamo che il genoma codifica per le proteine, ma non sappiamo ancora in che modo questo hardware permette alle cellule di cooperare per produrre anatomie funzionali, in condizioni ambientali tra loro molto differenti”.

"Il genoma delle cellule con cui abbiamo realizzato i nostri xenobot è, dal punto di vista genetico, puro DNA di rana, ma essi sono forme viventi completamente diverse dalle rane dal punto di vista anatomico", ha concluso il ricercatore.

"Per questo è lecito chiedersi: che cosa esattamente determina l’anatomia che le cellule concorrono a realizzare? E che cos’altro sono in grado di costruire queste cellule”?

Risulta degno di nota osservare che la ricerca è stata co-finanziata anche dalla DARPA (Defense Advanced Research Project Agency), agenzia federale che si occupa dello sviluppo di tecnologia con impieghi militari.

Magda Della Serra

FONTI: -jstor.org -darpa.mil -economyup.it -taft.edu -uvm.edu -harvard