Xénobots : des scientifiques créent des robots biologiques capables de se reproduire

En janvier 2020, des chercheurs américains ont réussi à créer des robots biologiques, des robots vivants appelés Xénobots. Ceux-ci ne sont pas en silicium ou métal. Il s’agit davantage de machines biologiques développées par les scientifiques à l’aide l’intelligence artificielle.

Les Xénobots sont issus de globules de cellules de Xenopus Laevis, des grenouilles africaines à griffes. Et désormais ils sont capables de s’auto-répliquer.

Les résultats de cette nouvelle étude ont été publiés dans la revue scientifique Proceedings of the National Academy of Sciences.

Qu’est-ce donc qu’un Xénobot ?

Les Xénobots sont des faisceaux de cellules souches de moins d’un millimètre. Ils sont cultivés à partir de la grenouille à griffes africaine. Selon Joshua Bongard, expert en robotique et en informatique de l’Université du Vermont,  il s’agit de « nouvelles machines vivantes », véritables « organismes vivants et programmables ».

Les cellules souches sont en fait des cellules non spécialisées. Elles ont la capacité d’évoluer et de se développer au sein de différents genres de cellules. Pour la conception des Xénobots, les chercheurs ont eu recours à des cellules souches vivantes issues d’embryons de grenouilles. Ils ont ensuite laissé incuber ces cellules. Aucune manipulation de gènes n’a eu lieu durant ce processus.

Les Xénobots sont programmables dans le sens où leurs comportements rudimentaires sont pour la plupart prédéterminés par leurs formes initiales, explique le site Gizmodo.

«  Via un algorithme évolutif, les scientifiques ont pu concevoir plusieurs milliers modèles possibles de leur nouvelle forme de vie basée sur l’exigence physique fondamentale de locomotion unidirectionnelle… Ils ont ensuite cultivé des cellules spécialisées. Ces dernières ont été méticuleusement assemblées afin de correspondre à la forme conçue par IA. Les Xénobots ont la capacité  d’évoluer pendant des jours voire des semaines au sein de leur environnement . Ils utilisent pour cela l’énergie stockée dans leurs cellules. Il est possible d’étendre leur durée de vie dans un environnement qui est riche en nutriments. Par la suite, ils se biodégradent inévitablement », écrivait en janvier dernier le journaliste George Dvorsky.

« La plupart des personnes pensent que la conception des robots est faite de métaux et de céramique. Mais ce n’est pas tant la conception du robot qui est importante, mais bien son action. C »est-à-dire agir de lui-même de manière autonome », précise Joshua Bongard.

Nouvelles capacités des Xénobots

Depuis leur création, les Xénobots ont acquis des nouvelles capacités. Ils sont désormais capables de mémoire, d’interaction avec leur environnement et de se multiplier.

Toutefois, la manière dont les Xénobots engendrent de nouvelles versions d’eux-mêmes n’est pas celle que l’on trouve dans la vie biologique. Les auteurs de l’étude parlent davantage d’autoréplication plutôt que de reproduction.

Les Xénobots se développent de manière autonome en utilisant une méthode auparavant inconnue pour toute espèce animale ou végétale. Micheal Levin, biologiste et directeur du Allen Discovery Center de l’Université Tufts, ayant participé à la nouvelle recherche, a déclaré à CNN que cette méthode de réplication cinématique avait provoqué sa stupéfaction.

« La capacité des cellules à être reconfigurées en auto-réplicateurs cinématiques est un comportement auparavant inobservé chez les plantes ou les animaux. Cette stratégie réplicative unique se pose spontanément plutôt que d’évoluer par une sélection spécifique. Elle illustre davantage la plasticité développementale disponible dans les design », écrivent les auteurs.

L’intelligence artificielle a façonné les Xénobots

Avec l’aide de l’intelligence artificielle, les chercheurs ont testé plusieurs milliards de formes corporelles afin d’accroitre l’efficacité des Xénobots lors du processus de réplication. Pendant l’analyse, le superordinateur a déterminé comme forme idéale, une forme en C similaire à Pac-Man, le personnage du jeu vidéo éponyme apparu en 1980.

Les chercheurs ont découvert que les nouveaux Xénobots pouvaient trouver de minuscules cellules souches au sein d’une boîte de Pétri. Ils pouvaient ensuite en rassembler plusieurs centaines dans leur bouche. Après plusieurs jours, le paquet de cellules donnait naissance à de nouveaux Xénobots.

Pour maximiser les résultats expérimentaux, les chercheurs les ont associés à un algorithme d’apprentissage automatique qui a aidé à guider certaines caractéristiques telles que la taille, la forme de la sphère, ainsi que le terrain qu’ils rencontrent en cours de route.

L’aspect algorithmique est important pour les applications futures de cette technologie étrange, expliquent les chercheurs. L’alliance de biologie moléculaire et d’intelligence artificielle pourrait servir pour de multiples tâches dans l’environnement, mais également dans le corps.

La modélisation informatique pourrait permettre aux Xénobots d’avoir de nouvelles formes et fonctions ainsi qu’une flexibilité inhérente aux cellules souches au niveau biologique. Cela pourrait être utile dans des domaines tels que la médecine regénérative. On pourrait créer des « robots » de cellules souches qui transportent les médicaments à travers des systèmes difficiles à pénétrer, comme la barrière hémato-encéphalique.

Les Xénobots pourraient également servir pour la détection et la récolte de microplastiques dans les océans ainsi que pour inspecter les systèmes racinaires.

La perspective d’une biotechnologie auto-réplicable pourrait susciter des inquiétudes. Toutefois, le développement de ces machines vivantes a lieu en laboratoire. Elles sont en outre biodégradables et réglementées par des experts en éthique.