BioRobots: Nacen las primeras máquinas vivientes

Tan sólo esta semana, dos investigaciones ejemplifican lo que se está logrando en tiempos donde la Robótica, junto a la Inteligencia Artificial, la Biología Sintética, el Internet de las Cosas (IoT) y la Computación Cuántica están creando un nueva revolución tecnológica.

La primera de ellas se trata sobre el desarrollo de PigeonBot, un robot que simula el vuelo de las aves y que no sólo pretende lograr un vuelo funcional que sea aplicable al desarrollo de nuevas aeronaves, sino que permite entender mucho mejor la anatomía de las aves y los mecanismos físicos que les permiten volar.

PiegeonBot es el resultado de aplicar los resultados de dos estudios, publicados en Science Robotics y Science, donde se ha medido la cinemática de la flexión y extensión de las alas en cadáveres de palomas comunes.

Los equipos, liderados por la Universidad de Stanford (EE UU), conectaron las plumas de estas palomas a muñecas y dedos artificiales a través de ligamentos elásticos sintéticos.

Tras estudiar las alas en un túnel de viento, determinaron que el movimiento asimétrico de la muñeca y los dedos iniciaban maniobras de giro estables en ángulos agudos. Los estudios también indican que las aves usan principalmente sus dedos para dirigir el vuelo de una manera muy controlada.

Además, los investigadores estudiaron las interacciones entre las plumas individuales de las aves y encontraron que están unidas por una especie de velcro direccional que ayuda a la coordinación de las plumas durante la flexión y extensión.

ROBOTS VIVOS

Si bien el desarrollo del PigeonBot es espectacular y podría mejorar significativamente la eficacia en nuevas máquinas voladoras, palidece frente a los denomiandos XenoBots, desarrollados por investigadores de la Universidad de Vermont (EE UU).

Estos robots, rompen otra de las líneas que dividen a la naturaleza de lo artificial y nos obligan a repensar las fronteras de la vida, ya que no son ni robots ordinarios ni una especie real de animales.

Se puede decir que los XenoBots, llamados así porque han sido creados con células vivas obtenidas de embriones de rana de uñas africanas (Xenopus laevis), son organismos simples de un milímetro con funciones personalizadas creados a partir de bloques de construcción biológicos específicos basados en un algoritmo evolutivo… Parece complicado pero de forma más sencilla se trata de organismos vivos, creados a diseño y manipulados por computadora.

Pueden definirse como BioRobots y representan algo nunca visto ya que, aunque la comunidad científica ya había intentado unir organismos artificiales a partir de formas animales, estas son las primeras máquinas completamente biológicas diseñadas desde cero.

TITULO 2

Procesados durante meses en el clúster de la supercomputadora Deep Green en el Vermont Advanced Computing Core de la universidad, los científicos utilizaron un algoritmo evolutivo para crear miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida. El ordenador ensambló una y otra vez cientos de células simuladas probando innumerables formas para intentar que estas máquinas cumplieran la tarea asignada por los investigadores: moverse en una dirección concreta.

A medida que se ejecutaban los programas, los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y refinaron, mientras que los diseños fallidos se descartaron. Después de cien ejecuciones independientes del algoritmo, se seleccionaron los diseños más prometedores para la prueba.

El equipo de la Universidad de Tufts, dirigido por Michael Levin y con el trabajo clave del microcirujano Douglas Blackiston, transfirió los diseños in silico a la vida. Primero recolectaron células madre de los embriones de las ranas (células de la piel y otras cardíacas) que luego se separaron en células individuales y se dejaron incubar. Después, usando unas pinzas diminutas y un electrodo aún más pequeño, las células se cortaron y unieron bajo un microscopio en una aproximación cercana de los diseños especificados por la computadora.

Ensambladas en formas corporales nunca vistas en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas. Las de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las contracciones aleatorias de las células del músculo cardíaco creaban un movimiento ordenado hacia adelante, según el diseño de la computadora, y ayudado por patrones espontáneos de autoorganización. Esto permitió a los robots moverse por sí mismos.

“La desventaja del tejido vivo es que es débil y se degrada, por eso usamos acero. Pero los organismos tienen 4.500 millones de años de práctica para regenerarse y continuar durante décadas”.- Joshua Bongard

Los investigadores demostraron así que estos organismos reconfigurables pueden moverse de manera coherente y explorar su entorno acuoso durante días o semanas, impulsados ​​por depósitos de energía embrionaria. Sin embargo, si se volcaban estos fallaban.

Las pruebas posteriores mostraron que un grupo de xenobots podrían moverse en círculos hacia una posición central de forma espontánea y colectiva. Otros fueron construidos con un agujero en el centro para reducir la resistencia. En las versiones simuladas, este agujero se reutilizó como una bolsa para transportar con éxito un objeto.

Estos biobots podrían buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos o viajar en arterias para la administrar fármacos, entre otros. “Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer”, conluye Michael Levin, director del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts y coautor del estudio.

Con información de Science Robotics, PNAS y Agencia SINC | Selección y edición del Colectivo Alterius