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Ricerche di frontiera: gli xenobot

lunedì, Gennaio 27, 2020
Ricerche di frontiera: gli xenobot

La ricerca scientifica unita alla tecnologia, continua a riservare delle sorprese davvero curiose. Questa settimana, Vortici.it vi da conto di una notizia abbastanza inusuale. Per far questo, visto il tema complesso e di non facile comprensione, ci affidiamo direttamente alle fonti ufficiali in nostro possesso, non essendo esperti del tema nello specifico. Tutto parte da una parola stranissima: xenobot.

Per capirne di più mi affido alle parole dell’Ing. Davide D’Amico Consigliere AIDR (associazione italian digital revolution) :

Si tratta ancora di ricerche sperimentali ma promettono applicazioni incredibili in diversi settori veicolate da algoritmi che ne definiscono il comportamento e in cui il digitale rappresenta, come di consueto , un tassello indispensabile.
Parliamo degli xenobot, piccoli robot viventi che sono stati creati utilizzando cellule staminali prelevate da embrioni di rana africana della specie Xenopus laevis. Ogni xenobot è largo meno di un millimetro, ed è in grado di muoversi nei liquidi utilizzando blocchi di cellule attive o di trasportare un piccolo carico. La bellezza è che possono essere programmate anche collettivamente. Si tratta di esseri morbidi, per metà animali e per metà robot che possono guarire se stessi se danneggiati.
Ancora una volta è la collaborazione multidisciplinare che ha fornito risultati concreti. Un team di biologi, informatici e ingegneri, ricercatori dell’Università di Tufts, dell’Università del Vermont e del Wyss Institute di Harvard, sperano che un giorno questi robot viventi possano essere utilizzati anche collettivamente e programmati per ripulire le microplastiche negli oceani, digerire materiali tossici o persino consegnare medicinali all’interno del nostro corpo, anche se parliamo ancora di ricerche di frontiera. L’associazione AIDR (Associazione Italian Digital Revolution) sta già studiando ulteriori applicazioni che potranno essere applicate anche nelle filiere industriali e nel settore farmaceutico.
I robot sono costruiti da cellule cardiache, che si contraggono e si rilassano spontaneamente come piccoli pistoni e cellule della pelle che forniscono una struttura più rigida. Una volta che si sono generate, le cellule di un robot hanno abbastanza energia per muoversi per un massimo di 10 giorni.
È stata utilizzata una progettazione avanzata, in quanto gli xenobot sono stati realizzati utilizzando un algoritmo evolutivo, che imita la selezione naturale generando potenziali soluzioni e quindi selezionando e mutando ripetutamente quelle più promettenti. L’algoritmo ha evocato migliaia di configurazioni casuali comprese tra 500 e 1.000 cellule della pelle e del cuore e ognuna è stata testata in un ambiente virtuale. Molti erano inutili. Ma quelli che mostravano un potenziale, come ad esempio, la capacità di muoversi, erano ottimizzati e usati per seminare la generazione successiva. Dopo aver eseguito questo processo 100 volte, i ricercatori hanno realizzato i migliori progetti con cellule viventi.
Questa prima realizzazione di xenobot è molto semplice ma le versioni future potrebbero essere realizzate con sistemi nervosi e cellule sensoriali, anche con capacità cognitive rudimentali, in grado di interagire con l’ambiente circostante. Nasceranno inevitabilmente implicazioni etiche su cui occorre cominciare a porsi delle domande”.

Molto più semplicemente non parliamo né di robot tradizionali né una nuova specie animale, bensì di un nuovo tipo di organismo programmabile: sono gli “xenobot”, i primi robot viventi, che devono il loro nome alla rana africana Xenopus laevis, le cui cellule embrionali sono state utilizzate per costruirli. Riassemblate con un super computer per compiere funzioni diverse da quelle che svolgerebbero naturalmente, le cellule di rana hanno permesso di ottenere organismi che 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.

Il risultato è stato pubblicato recentemente, sulla rivista dell’Accademia americana delle scienze, Pnas(Proceedings of National Academy of Science), 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.

A riguardo scrive la collega di Extremamente Sabrina Pieragostini:

[…] lo Xenobot è figlio dell’intelligenza artificiale, anche se non è fatto di silicio ma di DNA[…].

[…] Nelle immagini postate sul sito web del team di ricerca, si vedono delle macchioline scure muoversi in un liquido dentro una piastra di Petri. Ma nell’ingrandimento al microscopio, scopriamo le loro forme inusuali: a triangolo, squadrate, a ciambella, con o senza protuberanze simili a zampe, a seconda di come sono state programmate al computer. “Non sono né un robot tradizionale, né una specie conosciuta di animali. Siamo di fronte ad una nuova classe di artefatto: un essere vivente, un organismo programmabile”, ha detto in un comunicato stampa Joshua Bongard, scienziato informatico dell’Università del Vermont.
Queste le caratteristiche più interessanti: si spostano singolarmente o a gruppi, nuotando o camminando, sanno riparare i propri danni e sopravvivono qualche settimana anche senza nutrirsi. A determinare l’evoluzione degli xenobot sono stati gli algoritmi. I ricercatori hanno utilizzato le staminali prelevate dagli embrioni e le hanno fatte sviluppare in ammassi di centinaia di cellule che si muovono grazie agli impulsi generati dal tessuto cardiaco. “Non c’è alcun controllo esterno né bioelettricità. È un fattore autonomo, come se fossero giocattoli a carica”, ha spiegato l’autore principale dello studio, Sam Kriegman, dottorando in robotica evolutiva del Dipartimento di Informatica di Burlington.
Le staminali sono state organizzate in modo da formare degli organismi tridimensionali viventi. E poi hanno iniziato a lavorare da sole: le cellule della pelle si sono unite per formare la struttura, mentre quelle muscolari del cuore, poste in punti specifici dei “corpi”, permettono loro di spostarsi all’interno di una piastra da laboratorio per giorni e persino per settimane, senza bisogno di ulteriori nutrienti. In più, queste mini-macchine biologiche hanno persino mostrato la capacità di auto ripararsi e di guarire. «Abbiamo tagliato un robot vivente quasi a metà e le sue cellule si sono chiuse come una cerniera sul suo corpo», ha affermato Kriegman.
La scoperta del team del Vermont dimostra, ancora una volta, quanto sia sempre più labile il confine tra scienza e fantascienza[…]

[…] Finora abbiamo sempre relegato l’idea delle macchine viventi nel mondo dell’immaginazione, ma adesso ce le troviamo davanti, concretamente reali, in laboratorio. Ed è una tecnologia che può spaventare, soprattutto per i possibili sviluppi futuri.
“Quella paura non è irragionevole. Quando inizieremo a pasticciare con sistemi complessi che non capiamo, otterremo conseguenze indesiderate”, ha ammesso in una nota un altro ricercatore coinvolto nella scoperta, Michael Levin, direttore del Center for Regenerative and Developmental Biology presso la Tufts University in Massachusetts. Ma, come si suol dire, la scienza non è né buona né cattiva: tutto dipende da come la si utilizza. Così Levin è convinto che semplici forme bio – robotiche come gli xenobot potrebbero portare a scoperte positive, perché potrebbero svolgere compiti che gli altri robot costruiti in metallo non possono fare.
Ad esempio, potrebbero essere impiegati per assorbire materiali tossici fuoriusciti da contaminazioni chimiche o radioattive. Potrebbero “mangiare” le microplastiche che oramai soffocano mari, laghi e fiumi, impedendone l’assorbimento da parte della fauna. O ancora, iniettati all’interno del nostro corpo, potrebbero aiutare a mantenere in salute le nostre arterie pulendone le pareti dalle placche o ancora per trasportare le medicine direttamente dentro gli organi. In ogni caso, sembra davvero che gli xenobot abbiano aperto una fase nuova nella robotica e nella biologia[…].

Dove ci porterà tutto questo non possiamo saperlo ma, a proposito di futuro, dalla collaborazione tra informatici e biologi può nascere(forse) la vita…

Questa notizia per noi di Vortici.it, è certamente entusiasmante e saremo pronti a tenervi informati sugli sviluppi, portandovi a fare anche qualche riflessione in più, allo stato attuale ancora prematura.

Immagine di copertina: Xenobot Il primo robot vivente, è un organismo 3D fatto assemblando cellule viventi in un modo inedito in natura(ANSA)

Foto: AIDR

Fonte video: https://www.youtube.com
UVM and Tufts Team Builds First Living Robots(13 Gennaio 2020)
University of Vermont

Annapaola Di Ienno

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