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Les premiers robots vivants et auto-reproducteurs au monde se reproduisent comme Pac-Man

Composés des cellules souches de la grenouille africaine à griffes (Xenopus laevis) dont il tire son nom, les xénobots mesurent moins d’un millimètre (0,04 pouce) de large. Ces petites boules ont été révélées pour la première fois en 2020 après que des expériences ont montré qu’elles peuvent se déplacer, travailler ensemble en groupe et s’auto-guérir.

Aujourd’hui, les scientifiques qui l’ont développé à l’Université du Vermont, à l’Université Tufts et au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université Harvard disent avoir découvert une toute nouvelle forme de reproduction biologique différente de tout animal ou plante connu de la science.

Cela m’a époustouflé », a déclaré Michael Levine, professeur de biologie et directeur du Allen Discovery Center de l’Université Tufts qui a participé à la nouvelle recherche.

« Les grenouilles ont une méthode de reproduction qu’elles utilisent normalement, mais quand… cela libère (les cellules) du reste de l’embryon et leur donne une chance de comprendre comment elles se trouvent dans un nouvel environnement, et non seulement elles imaginent un nouveau mode de locomotion, mais ils découvrent aussi apparemment un nouveau mode de reproduction. »

Robot ou créature vivante ?

Les cellules souches sont des cellules non spécialisées qui ont la capacité de se développer en différents types de cellules. Pour fabriquer ces robots, les chercheurs ont gratté des cellules souches vivantes d’embryons de grenouilles et les ont laissés incuber. Il n’y a pas de manipulation génétique.

« La plupart des gens pensent que les robots sont faits de métal et de céramique, mais il ne s’agit pas tant de ce dont un humain est fait que de ce qu’il fait, agissant seul au nom des gens », a déclaré Josh Bongaard, professeur d’informatique et expert en robotique à l’Université du Vermont et auteur principal de l’étude.

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En ce sens, c’est un robot mais c’est aussi clairement un organisme fabriqué à partir d’une cellule de grenouille non-OGM.

Ils ont découvert que les xénobots, qui étaient initialement de forme sphérique et composés d’environ 3 000 cellules, pouvaient se reproduire, a déclaré Bongard. Mais cela arrivait rarement et seulement dans des circonstances spécifiques. Bongard a déclaré que les xénobots utilisent la « transcription cinétique » – un processus connu pour se produire au niveau moléculaire mais qui n’avait pas été observé auparavant à l’échelle de cellules ou d’organismes entiers.

Avec l’aide de l’intelligence artificielle, les chercheurs ont ensuite testé des milliards de formes corporelles pour rendre les xénobots plus efficaces dans ce type de réplication. Le supercalculateur était en forme de C qui ressemblait à Pac-Man, le jeu vidéo des années 80. Ils ont découvert qu’il était capable de trouver de minuscules cellules souches dans une boîte de Pétri, en a collecté des centaines dans sa bouche, et après quelques jours, le paquet de cellules est devenu de nouveaux xénobots.

Le parent fait tourner une grosse boule de cellules souches qui mûrissent en un nouveau xénobot.

« L’IA n’a pas programmé ces machines de la manière dont nous pensons normalement pour écrire du code », a déclaré Bongard. « Il a façonné, sculpté et créé cette figure de Pac-Man. »

« La forme, à la base, est un logiciel. La forme influence le comportement des xénobots pour amplifier ce processus incroyablement étonnant. »

Les Xenobots sont une technologie très ancienne – pensez à un ordinateur des années 40 – et elle n’a pas encore d’applications pratiques. Cependant, cette combinaison de biologie moléculaire et d’intelligence artificielle peut être utilisée pour une gamme de tâches dans le corps et l’environnement, selon les chercheurs. Cela pourrait inclure des choses comme la collecte de microplastiques dans les océans, l’examen des systèmes racinaires et la médecine régénérative.

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Bien que le potentiel d’auto-reproduction de la biotechnologie puisse être préoccupant, les chercheurs ont déclaré que les machines vivantes étaient entièrement contenues dans un laboratoire et pourraient être facilement éteintes, car elles sont biodégradables et réglementées par des experts en éthique.

La recherche a été financée en partie par la Defense Advanced Research Projects Agency, une agence fédérale qui supervise le développement de technologies à usage militaire.

« Il y a beaucoup de choses qui peuvent être réalisées si nous tirons parti de ce type de plasticité et de la capacité des cellules à résoudre des problèmes », a déclaré Bongard.

L’étude a été publiée lundi dans la revue scientifique à comité de lecture PNAS.