Xenobot, il primo robot “vivente” creato da cellule di rana

Un gruppo di scienziati americani ha realizzato un robot biologico utilizzando cellule embrionali di rana e intelligenza artificiale. Potrebbe essere utilizzato per scopi scientifici ed ambientali, dalla raccolta delle microplastiche alla pulizia dei vasi sanguigni

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Un gruppo di ricercatori dell’Università del Vermont (UVM) e dell’Università Tufts hanno creato “Xenobot”, il primo robot autorigenerante. Il nome deriva dalla rana africana Xenopus laevis, sono proprio le cellule dell’anfibio che sono state usate per questa scoperta.

 Le cellule, riassemblate con il supercomputer Deep Green dell’Università del Vermont, possono essere moltiplicate e in futuro potrebbero viaggiare nel corpo umano per somministrare farmaci o ripulire le arterie, o ancora potrebbero essere rilasciati negli oceani come speciali spazzini per catturare le particelle di plastica. Rilasciati in ambienti acquatici (per mantenerli in vita) alcuni si sono mossi in avanti, mentre altri in circolo.

Cosa sono gli xenobot?

Gli xenobot (dalle parole Xenopus e robot) sono organismi che hanno dimensioni nell’ordine del millimetro. Sono incapaci di riprodursi e sono costituiti di pochi tessuti che in pratica non formano veri organi; ciononostante in un ambiente liquido, anche povero di nutrienti, sopravvivono per diversi giorni e possono svolgere semplici funzioni motorie. Possono muoversi verso un obiettivo, autoripararsi dopo essere stato sezionati e all’occorrenza trasportare un piccolo carico.

Benché vengano definiti vivi dai loro creatori, non possono evolversi né moltiplicarsi (non si riproducono), e si degradano naturalmente come cellule morte al termine del loro ciclo. Secondo gli scienziati la biodegradazione è un altro aspetto importante nella loro natura, non richiedendo materiali come plastica e metallo, come i veri robot, per essere creati.

Il risultato, pubblicato sulla rivista dell’Accademia americana delle scienze, Pnas. è il frutto della collaborazione tra gli informatici dell’Università del Vermont guidati da Sam Kriegman e Joshua Bongard e il gruppo di biologi dell’Università Tufts e dall’Istituto Wyss dell’Università di Harvard, coordinati da Michael Levin e Douglas Blackiston.

Secondo, gli autori, i nuovi xenobot offrono anche l’opportunità di capire di più su come le cellule comunicano e si connettono tra loro, con profonde 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”.

Video: UVM and Tufts Team Builds First Living Robots:
https://www.youtube.com/watch?v=aQRBCCjaYGE&feature=emb_title

Servono due fasi per la creazione

Prima fase:

  • utilizzare un algoritmo che ha permesso di progettare al computer migliaia di possibili robot viventi, i più promettenti dei quali sono stati selezionati.

Seconda fase:

  • prelevare le cellule staminali dagli embrioni di rana e lasciarle in incubazione perché si moltiplichino, specializzandosi e dando così origine a tessuti di tipo diverso, come quelli di pelle e muscolo cardiaco.

I tessuti così ottenuti vengono manipolati utilizzando minuscole pinze ed elettrodi in modo da ottenere strutture completamente nuove rispetto a quelle programmate dalla natura e che, assemblate fra loro, hanno dimostrato di funzionare, di svolgere compiti determinati e di essere capaci di autoripararsi. “Al momento sono davvero piccoli ma il nostro piano è di realizzarli di dimensioni più grandi”, ha detto Levin a The Guardian .

È la prima volta che vengono progettate delle macchine completamente biologiche.“Possiamo definirle robot viventi oppure organismi multicellulari artificiali, perché svolgono funzioni diverse da quelle naturali”, ha osservato Antonio De Simone, dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa.

Ma c’è scetticismo, per costi e sopravvivenza

Al momento appare assai improbabile che gli xenobot possano avere vere applicazioni tecnologiche. Rappresentano invece degli strumenti conoscitivi importanti per testare sul campo molte ipotesi sull’interazione tra cellule o tessuti e sull’auto-organizzazione strutturale dei sistemi biologici.

La tecnologia produttiva è enormemente costosa in quanto richiede di separare le cellule di embrioni di Xenopus e riassemblarle con procedure di micromanipolazione. Gli  xenobot vengono, infatti, prodotti uno per uno da un ricercatore specializzato che manipola sotto il microscopio le cellule o i tessuti prelevati dall’embrione di rana.

Nell’ambiente esterno uno xenobot sarebbe rapidamente predato e divorato da qualunque organismo vivente, evoluto attraverso milioni di anni di selezione naturale. Se iniettato nel sistema circolatorio di un vivente allo scopo di veicolare farmaci, causerebbe ostruzioni del sistema circolatorio e sarebbe distrutto dalle cellule specializzate nella difesa.

In linea con lo sviluppo sostenibile

La svolta, in linea con gli obiettivi fissati dalle Nazioni Unite nell’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile, porterà a un drastico ripensamento dei robot, a partire dalle componenti e dall’interazione con gli esseri umani e l’ambiente. Ovviamente un approccio biospirato deve basarsi sulla comprensione e sulla capacità di estrarre principi e regole.

Fonti:
Le Scienze:
https://www.lescienze.it/news/2020/01/15/news/robot_viventi-4659662/?refresh_ce

La Repubblica – Tecnologia: https://www.repubblica.it/tecnologia/2020/01/14/news/xenobot_il_primo_robot_vivente_fatto_con_cellule-245775640/?refresh_ce

Ansa – Scienza&Tecnica:
http://www.ansa.it/canale_scienza_tecnica/notizie/tecnologie/2020/01/14/costruito-il-primo-robot-vivente-video_2c0a834a-c4aa-4700-9895-003aa4558b15.html

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