N.46 – Robots vivos reconfigurables

La mayoría de los actuales dispositivos tecnológicos se construyen con materiales sintéticos para simplificar su diseño, fabricación y mantenimiento. Dado que la materia viva exhibe un notable apego a la estructura y función predeterminada, suele resistirse a adoptar las nuevas configuraciones y comportamientos que se les pretende imponer. Si los sistemas vivos pudieran diseñarse y desplegarse para cumplir nuevas funciones, su capacidad innata para resistir la entropía les permitiría superar, con creces, la funcionalidad de los materiales inanimados.

En el artículo reseñado, un equipo de investigación de las Universidades de Vermont y de Tufts (Massachusetts, EE. UU.) describe un enfoque para diseñar sistemas vivos utilizando un algoritmo evolutivo, y muestra cómo pueden fabricarse rápidamente los diseños resultantes utilizando herramientas constructivas basadas en células.

El proceso escalable de diseño tiene como entradas: (a) una especificación del comportamiento que debe exhibir el sistema por construir, y (b) una descripción de los bloques biológicos que se utilizarán para su construcción. Dicho proceso genera –como salida- diseños de sistemas vivos que encarnan (de diferentes maneras) el comportamiento especificado. El ensamble resulta en nuevos agregados de células con funciones (locomoción, manipuleo y transporte de objetos, comportamiento colectivo) distintas a las de órganos u organismos preexistentes.

El equipo de investigación adaptó células madre tomadas del embrión de la rana africana Xenopus Laevis y creó diminutos ‘robots vivos’ (denominados “xenobots”) que consisten en pequeñas gotas de tamaño submilimétrico que contienen entre 500 y 1.000 células. Al poder desplazarse, autoorganizarse y transportar cargas útiles, exhiben la posibilidad de realizar una amplia variedad de tareas, tales como destruir células cancerosas, entregar medicamentos en determinados lugares del cuerpo, o eliminar microplásticos de los océanos. Según los expertos, estos xenobots pueden moldearse de cualquier forma necesaria y repararse por sí mismos.

Para diseñar los xenobots se utilizó un superordenador (“Deep Green”) y un algoritmo de inteligencia artificial que puede ensamblar (virtualmente) unos cientos de células de corazón y piel de rana en diferentes configuraciones (como ladrillos Lego) y simular los resultados. El algoritmo diseña automáticamente diversas formas de vida candidatas para ejercer las funciones especificadas, y luego se crean diseños transferibles utilizando un juego de herramientas de construcción (basadas en células) para concretar sistemas vivos que reúnan los comportamientos previstos.

Después de desplegar, observar y evaluar los desempeños de diversos organismos en términos de funciones y comportamientos especificados, los patrones comunes entre los sistemas exitosos se desglosan en restricciones que se devuelven al algoritmo evolutivo, de manera que desarrolle diseños que, además de ser efectivos, se ajusten a las restricciones. Ello aumenta la probabilidad de éxito de posteriores intentos de diseño para la implementación.

Dada su no toxicidad y su vida útil autolimitada, las células de Xenopus podrían servir como vehículo para cirugía interna, para suministrar medicamentos, para buscar y digerir productos tóxicos o de desecho, o para identificar moléculas de interés. En entornos biomédicos cabría imaginar tales biobots (fabricados con las propias células del paciente) quitando placa de las paredes de las arterias, identificando cáncer o diferenciando o controlando eventos en lugares de enfermedad.

El estudio demostró la posibilidad de inducir a las células utilizadas a constituir formas de vida netamente diferentes de las naturalmente predeterminadas. Sin embargo, la “vida” de los xenobots es sumamente acotada, ya que no pueden evolucionar por sí mismos, no cuentan con órganos reproductivos y no pueden multiplicarse. Los autores reconocen que el trabajo plantea problemas éticos. Podría cuestionarse la naturaleza de los xenobots (¿son criaturas vivientes o máquinas?) y toda criatura viviente debería inspirar consideraciones morales.