Xenobots

Wetenschappers hebben ‘levende’ robotjes zo ver weten te krijgen zich voort te planten

De eerste xenobot. Beeld Kriegman et. al., PNAS
De eerste xenobot.Beeld Kriegman et. al., PNAS

Amerikaanse wetenschappers haalden een jaar geleden de voorpagina van deze krant omdat ze een nieuwe vorm van leven hadden gecreëerd: xenobots. Nu hebben ze die zo ver weten te krijgen dat ze zichzelf voortplanten.

Willem Schoonen

Nietige klompjes cellen waren de xenobots die Michael Levin en Josh Bongard een jaar geleden presenteerden. Maar het bijzondere was dat ze waren ontworpen met een computer en daarna gebouwd uit cellen van een levend organisme, de kikker Xenopus laevis (vandaar de naam xenobots).

Deze xenobots zijn niet groter dan een zandkorrel, maar ze kunnen zich voortbewegen en staande houden. En volgens hun makers zijn deze biologische robots in de toekomst mogelijk in staat tot nuttig werk, zoals dichtslibbende bloedvaten schoonmaken en medicijnen afleveren op precies de juiste plek in het lichaam.

Geen seks, maar assemblage

Maar dat is allemaal nog ver weg. Intussen hebben diezelfde Amerikaanse onderzoekers, aangemoedigd door het feit dat uit losse cellen dus nieuwe organismen kunnen worden gebouwd, gekeken naar voortplanting. Levende organismen hebben allerlei manieren om zich voortplanten: door seks, door zich in tweeën te knippen, door te kiemen enzovoort. Al die methoden van voortplanting komen neer op groei van het organisme, op de een of andere manier. De onderzoekers wilden uitzoeken of er ook een andere weg naar nageslacht mogelijk was, namelijk assemblage.

Die weg wordt – voor zover bekend – nergens in de natuur bewandeld, maar lijkt voor robots een aangewezen route. Dat idee is al oud; de basis ervoor werd een halve eeuw geleden gelegd door de Hongaars-Amerikaanse wiskunde John von Neumann. Von Neumann voorzag de mogelijkheid van machines die uit losse onderdelen kopieën van zichzelf zouden kunnen maken. Daar wordt in de robotica nu veel onderzoek naar gedaan.

Willekeurige bewegingen met creatieve gevolgen

Levin en Bongard laten in vakblad PNAS zien dat hun biologische robots inderdaad in staat zijn tot die zelfreplicatie. Ze namen stamcellen van de eerder gebruikte kikker Xenopus laevi en konden die vrij gemakkelijk laten ontwikkelen tot bolletjes huidweefsel bekleed met trilhaarepitheel. In een glazen petrischaaltje met water gaan die bolletjes bewegen, door die trilhaartjes.

Het zijn willekeurige bewegingen, ze kennen geen voor of achter, maar ze kunnen wel creatieve gevolgen hebben. Als in het schaaltje losse stamcellen van de kikker worden toegevoegd, worden die door de spontane bewegingen van de bolletjes her en der tegen elkaar gedrukt. En als ze daar met genoeg zijn, klonteren die samen tot net zulke bolletjes, die ook weer gaan bewegen. Een nieuwe generatie is geboren, nee: geassembleerd. En ook een tweede generatie bleek nog mogelijk, als er maar genoeg bouwstenen in de buurt waren.

Efficiënter dan een monteur

De onderzoekers laten zien dat het proces te sturen valt. Met een slim algoritme kunnen de omstandigheden zo worden ontworpen dat de zelfreplicatie naar believen kan worden versneld, vertraagd, gestopt of verlengd. En ze zijn ervan overtuigd dat hun xenobots meer kunnen dan alleen nakomelingen assembleren.

Ook dat had Von Neumann al in zijn hoofd: misschien, dacht hij, zouden zelfreplicerende machines behalve replica’s van zichzelf assembleren ook nog andere, nuttige dingen kunnen doen. Levin en Bongard hebben dat in het lab nog niet laten zien, maar wel in een computermodel. Daarin doen hun xenobots, terwijl ze al duwend nakomelingen in elkaar zetten, ook nog andere dingen.

Zo kunnen ze een verbroken verbinding in een elektronisch circuit herstellen. Niet omdat ze verstand hebben van elektronica, maar door hun beweging. Als de juiste bouwstenen voorhanden zijn en de xenobots kunnen zich daar bewegen, dan zullen ze min of meer per ongeluk zo’n bouwsteen op de goede plek drukken. Dat lijkt sleutelen in het donker. Maar, zeggen de onderzoekers, omdat ze tegelijk repliceren en snel in aantal groeien, zullen de xenobots dit efficiënter kunnen doen dan enig andere monteur.

Lees ook:

Robotbaby’s zijn slimmer dan hun ‘ouders’

Robots kunnen zich voortplanten, en nakomelingen op de wereld zetten die beter presteren dan zijzelf. Dat bewijst onderzoek van de Vrije Universiteit.

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden