Mas e se, em vez de construir robôs a partir de materiais duros e sem vida, os construíssemos a partir dos materiais macios dos quais a natureza depende? E se os construíssemos a partir de células?
Esta é exatamente a abordagem que os pesquisadores do laboratório do Prof. Josh Bongard na Universidade de Vermont, nos EUA, estão tomando.
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Nos últimos quatro anos, eles têm projetado e criado "xenobots": máquinas em miniatura feitas de células de sapos vivos.
Bongard explica a abordagem da equipe: "[Se você] fizer um robô de metal e plástico ... as peças em si não têm inteligência.
"Estamos abordando a robótica de uma maneira completamente diferente. Estamos construindo a partir de componentes que são, eles próprios, máquinas fantasticamente inteligentes."
A natureza tem inspirado a robótica há décadas. Isso levou a atuadores baseados em músculos reais que permitem que os robôs se movam mais facilmente. Em outros lugares, almofadas que imitam os pés das lagartixas permitem que os robôs subam no vidro vertical. Os xenobots, por outro lado, são feitos a partir dos próprios blocos de construção da natureza.
De acordo com a Dra. Victoria Webster-Wood, especialista em robôs de inspiração biológica da Universidade Carnegie Mellon, esse tipo de abordagem "nos permite aproveitar diretamente a adaptabilidade natural dos materiais vivos".
O que é fascinante sobre os xenobots de Bongard é que eles podem ser feitos de células normais retiradas de embriões de rã – sem ajustes genéticos necessários.
Embora os cientistas já soubessem que essas células poderiam se mover por conta própria, neste caso elas estão sendo usadas como materiais para gerar comportamentos previsíveis e semelhantes a robôs, como pastorear partículas em torno de uma placa de Petri, cooperar como cães pastores e até mesmo dar à luz bolas de outras células que podem ser consideradas bebês xenobots.
Seleção artificial
Embora não esteja claro o que está no funcionamento interno dos xenobots, ou melhor, nas células do sapo, que os fazem se comportar dessa maneira, suas capacidades os tornam potencialmente úteis para todos os tipos de tarefas.
Limpeza de microplásticos, por exemplo, ou, como os pesquisadores delinearam em seu primeiro artigo sobre os xenobots, publicado em 2020, rastejando até o local de tecidos doentes em humanos para ajudar a restaurá-los à saúde.
Então, se você vai fazer um xenobot, por onde começar? Bem, a equipe de Vermont começa em uma placa de Petri virtual, em um computador, onde um programa de inteligência artificial (IA) "evolui" cachos de células de rã, com base em sua forma, para realizar qualquer tarefa em que os cientistas estejam interessados.
"Ele cria uma população de xenobots virtuais, exclui os que fazem um trabalho ruim e faz cópias modificadas aleatoriamente dos sobreviventes", explica Bongard.
Os cientistas dizem à IA quantas rodadas desse processo de seleção artificial devem ser concluídas e, em apenas alguns segundos, eles têm seu design.
Como exemplo, esse design pode ser uma bola de células com um buraco no meio, como uma bolsa, que funciona bem para o transporte de objetos.
É o processo de design baseado em IA que é a "verdadeira obra-prima" da abordagem da equipe, de acordo com o Dr. Falk Tauber, especialista em tecnologia de inspiração biológica da Universidade de Freiberg, na Alemanha.
Sem a placa de Petri virtual, ele observa, testar centenas de configurações celulares diferentes poderia levar semanas ou até meses usando células reais.
"Isso não só representa uma imensa vantagem de tempo, mas também oferece a oportunidade de implementar apenas as abordagens mais promissoras que se mostraram bem-sucedidas [no computador]", diz ele.
Ele sugere que a abordagem de IA também pode ser útil em outros cenários – como o rápido design de transplantes de órgãos personalizados que se encaixam precisamente na anatomia de um paciente.
Em seguida, vem o bit demorado, pois os designs virtuais precisam ser transferidos para as células da vida real. É um processo que leva o único escultor xenobot da equipe, o biólogo Dr. Doug Blackiston, baseado na Universidade Tufts, Massachusetts, horas para cada xenobot de escala milimétrica.
Usando instrumentos de microcirurgia, Blackiston esculpiu meticulosamente a forma projetada pela IA em tecido colhido de embriões de rã.
"Para mim, é muito parecido com desenhar ou trabalhar em arte", diz ele, acrescentando que gosta de ver as formas se unirem.
No entanto, ele admite que, para que os xenobots encontrem aplicativos do mundo real, eles precisarão acelerar o processo para criar mais do que os atuais 30 a 40 xenobots por semana. Esse avanço pode vir da impressão 3D, que pode usar células e tecidos como "tintas" de impressão.
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