As primeiras máquinas vivas do mundo: Robôs vivos construídos com células de sapo

Robôs vivos minúsculos fizeram sua estreia mundial no início deste ano. Esses organismos microscópicos são compostos inteiramente de células-tronco de sapo e, graças a um algoritmo de computador especial, podem assumir diferentes formas e executar funções simples: rastejar, viajar em círculos, mover pequenos objetos – ou mesmo se juntar a outros bots orgânicos para coletivamente executar tarefas.

Por que isso é importante

Este é o primeiro “organismo vivo e programável” e está em algum lugar entre o que consideramos um robô tradicional e um animal. Como são feitos de tecido vivo, esses robôs podem se auto-reparar se forem rompidos – então, os cientistas esperam que essa descoberta nos ajude a desenvolver robôs macios que se auto-reparam. Em última análise, no entanto, o objetivo dessas pequenas criaturas é que elas sejam capazes de fazer coisas realmente úteis, como limpar microplásticos, digerir materiais tóxicos e até mesmo entregar drogas dentro de nossos corpos.

Construindo xenobots

Essas máquinas são chamadas de xenobôs, porque são compostas de células-tronco da rã africana com garras (Xenopus laevis). Os pesquisadores combinaram células- tronco embrionárias do coração – que dão movimento ao bot, já que essas células se expandem e se contraem naturalmente – e da pele, que fornece uma estrutura protetora rígida. Cada xenobô tem cerca de 500 a 1.000 células vivas e tem menos de 1 mm de comprimento.

Os pesquisadores criaram configurações aleatórias dos dois tipos de células. Alguns tinham a forma de cunhas, outros, de arcos. A estrutura única de cada xenobot determinava como ele se comportaria – ele se arrastaria ao longo do fundo da placa de Petri, nadaria ou se uniria e faria rosquinhas em volta dos outros? (O New York Times tem alguns vídeos incríveis disso que você deve conferir).

Agora vem a magia do computador

Os cientistas da computação construíram um mundo virtual para as cópias digitais dos xenbots agirem. Um algoritmo sofisticado foi projetado para ajudar a identificar as estruturas mais promissoras. (O algoritmo basicamente imita a seleção natural, observando como possíveis ajustes nas estruturas podem afetar a capacidade do bot de completar várias tarefas).

“Acontece que é muito difícil projetar um organismo do zero. Então dizemos ao computador o que queremos que o organismo faça, e o computador realiza um processo de tentativa e erro, criando e simulando milhões de criaturas virtuais”, diz Sam Kriegman, um aluno de PhD da Universidade de Vermont e co-autor do estudo.

“Dizemos ao computador o que queremos que o organismo faça, e o computador executa um processo de tentativa e erro, criando e simulando milhões de criaturas virtuais.” – Sam Kriegman

Muitos xenobots acabaram sendo bolhas inúteis e a “seleção natural” fez seu trabalho e eliminou-as. Outros, entretanto, mostraram potencial. Suas estruturas continuaram sendo “herdadas” e “mutadas” no algoritmo até que os pesquisadores puderam aperfeiçoar seus projetos na placa de Petri.

Uma vantagem natural

Como são feitas de células, essas máquinas têm um relógio biológico real. Eles só têm energia celular suficiente para durar cerca de uma semana – depois disso, eles se decompõem naturalmente.

“Esses xenobots são totalmente biodegradáveis”, diz Joshua Bongard, co-autor do estudo. “Quando terminam o trabalho após sete dias, são apenas células mortas da pele.” Isso dá aos xenbots uma vantagem sobre outras máquinas feitas por humanos compostas de coisas como concreto, plástico, aço e produtos químicos, que podem ser prejudiciais ao meio ambiente e à nossa saúde quando se degradam.

Ainda muito simples

No momento, esses xenobots podem completar tarefas bastante simples em suas placas de Petri. Mas os pesquisadores acreditam que isso pode ser um trampolim para a programação de tarefas mais complexas, o que ajudaria a avançar em campos como a medicina de precisão e a medicina regenerativa. Os bots também têm o potencial de ajudar nas tarefas de limpeza ambiental .

“Já podemos ver os rudimentos de um trabalho útil: enxames de xenobots tendem a trabalhar juntos para empilhar as pelotas em seus pratos”, disse Kriegman ao Harvard Crimson. “Podemos imaginar futuros xenobots fazendo a mesma coisa com microplásticos no oceano: agregando pequenos pedaços de plástico em uma grande bola de plástico que um drone tradicional pode reunir e levar a um centro de reciclagem.”

No momento, os cientistas estão focados em aprender como as células se comunicam entre si e com o algoritmo.

“Existe toda essa criatividade inata na vida”, disse Bongard à Universidade de Vermont. “Queremos entender isso mais profundamente – e como podemos direcionar e empurrar para novas formas.”

Fontes: The New York Times / Science daily / Free Think