Ces robots en forme de Pac-Man sont capables de créer de se répliquer. © Doug Blackiston et Sam Kriegman
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Ces xénobots en forme de Pac-Man sont capables de se reproduire dans le corps

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Des chercheurs ont créé des robots à partir de cellules souches de grenouilles, capables de se reproduire en empilant de nouvelles cellules souches qui vont à leur tour donner des robots. Et ainsi de suite sur plusieurs générations. Une expérience fascinante qui pourrait nous renseigner sur les origines de la vie.

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[EN VIDÉO] Le fantastique pouvoir des cellules souches  La jeunesse éternelle semble être une quête aussi ancienne que l’humanité. Il se pourrait que cette fontaine de jouvence tant convoitée se situe au cœur même de notre organisme, au sein des cellules souches. Discovery Science nous emmène à la découverte de ces étonnantes cellules en vidéo. 

Depuis plusieurs années, les chercheurs tentent de mettre au point des xénobots constitués de cellules vivantes. En 2020, une équipe de l'université du Vermont et de la Tufts University avait réussi à créer des robots à partir de cellules souches de grenouille, capables de se déplacer de façon autonome et de s'auto-organiser pour effectuer différentes tâches (lire ci-dessous). Aujourd'hui, une nouvelle étape vient d'être franchie avec des xénobots pouvant produire de nouvelles générations de robots et donc de se reproduire comme un organisme vivant.

Des piles de cellules souches qui deviennent des robots

Au départ, on a comme précédemment des xénobots formés de grappes de cellules souches de grenouille Xenopus laevis (xénope lisse). Chaque grappe, d'environ un demi-millimètre de diamètre, regroupe environ 3.000 cellules souches. Ces xénobots sont ensuite immergés dans un « bain » de 60.000 nouvelles cellules souches, et là, surprise : ils commencent à créer des « piles » de cellules souches, suffisamment grandes pour qu'elles deviennent à leur tour autonomes. La reproduction est stoppée lorsque l'on arrête d'ajouter de nouvelles cellules souches.

Chaque cycle de réplication produit toutefois une progéniture plus petite, ce qui fait qu'au bout d'un moment, les nouveaux robots ne sont plus viables (en-dessous de 50 cellules). Pour résoudre ce problème, les chercheurs se sont tournés vers l'Intelligence artificielle afin de déterminer s'il existe une forme d'assemblage optimale. À l'aide d'un algorithme, ils ont ainsi pu déterminer à l'avance quelle configuration de départ était susceptible de donner le plus grand nombre de générations. Verdict : les robots en forme de Pac-Man sont les plus efficaces, avec des « enfants » en moyenne 149 % plus gros qu'avec des robots de forme sphérique. En testant cette hypothèse, les chercheurs ont en effet constaté que des robots Pac-Man produisaient quatre générations de xénobots, contre deux seulement pour des robots sphériques.

Créer des robots sur mesure à l’aide de « kits » vivants

« L'analogie que j'utilise est celle du matériel informatique et des logiciels, illustre Michael Levin, coauteur de l'étude parue dans PNASCe que fait la génétique, c'est fournir le matériel. Elle indique à chaque cellule exactement quels composants elle peut avoir. Les règles régissant le fonctionnement des cellules nouvellement arrangées s'apparentent au logiciel ». Les chercheurs envisagent à présent de construire une « bibliothèque » de modules où on irait piocher des fonctionnalité pour créer un « super robot » avec toutes les caractéristiques souhaitées.

Le début de la vie sur Terre ?

« C'est la première fois que des organismes multicellulaires s'autorépliquent d'une manière qui n'implique pas de croissance des cellules de l'organisme », s'enthousiasme Michael Levin. Ce processus biologique pourrait pourtant être impliqué dans l’apparition de la vie sur Terre. « Il a été démontré que les composants de l'ARN peuvent s'assembler et agir comme des enzymes pour aider à assembler plus d'ARN. [...] D'autres produits chimiques non biologiques créent également des copies d'eux-mêmes de cette manière », avance le chercheur.

Pour en savoir plus

Un robot vivant fabriqué à partir de cellules

Article de Céline Deluzarche publié le 19/01/2020

Des chercheurs ont créé des robots à partir de cellules souches de grenouille, capables de se déplacer de façon autonome et de s'auto-organiser pour effectuer différentes tâches. La création par l'Homme d'organismes n'existant pas dans la nature suscite toutefois des craintes de détournement et des questions éthiques.

L'Homme cyborg n'est pas encore pour demain, mais le premier robot vivant créé à partir de cellules souches de grenouille vient de voir le jour. « Ce n'est pas un robot traditionnel ni une nouvelle espèce animale, mais une toute nouvelle forme de vie entièrement programmable », se félicite Joshua Bongard, ingénieur en robotique à l'université du Vermont et co-concepteur du projet. Ces xénorobots, comme les ont appelés les chercheurs, mesurent moins d'un millimètre de long et sont capables de se déplacer de façon autonome, de survivre pendant plusieurs semaines sans nourriture et de collaborer ensemble.

Ce n'est pas la première tentative de créer une vie artificielle. En avril 2019, des chercheurs de l'université de Cornell avaient annoncé avoir créé des robots en ADN dotés d'un métabolisme artificiel. D'autres approches ont tenté de construire des robots souples, inspirés d'animaux (serpent, cafard, oiseau, tortue, anguille, chenille, poisson, méduse, insecte, chien). « Mais pour la première fois, nous avons créé des machines biologiques depuis la base », se félicitent les chercheurs dans leur étude relatée dans la revue PNAS.
 

Le xénorobot est un organisme vivant programmable, conçu à partir de cellules souches. © Université du Vermont

Une durée de vie de 10 jours à plusieurs semaines

Ces xénorobots ne ressemblent d'ailleurs guère à des animaux ou des robots traditionnels. Ils s'apparentent plutôt à un embryon informe, les cellules étant organisées selon la façon dont elles ont été programmées. Des cellules souches sont d'abord prélevées sur un embryon de grenouille africaine Xenopus laevis (d'où leur nom). Un algorithme évolutif génère des milliers de combinaisons possibles avec des cellules « passives » (cellules de peau) et des cellules « actives » (cellules cardiaques), ces dernières assurant la mobilité du biorobot grâce à leurs contractions. Après incubation, les cellules sont assemblées selon les modèles dessinés par l'ordinateur. Il est ainsi possible de modifier les caractéristiques selon la tâche désirée. Les chercheurs ont, par exemple, constaté que certaines configurations sont plus ou moins rapides ou qu'elles amènent les robots à s'auto-organiser pour collecter des matériaux ou manipuler des objets.

Chaque xénorobot dispose de suffisamment d'énergie pour survivre de façon autonome durant 10 jours, mais leur durée de vie pourrait se prolonger de plusieurs semaines dans un environnement riche en nutriments, indiquent les chercheurs. Les xénorobots sont en outre capables de « cicatriser » les blessures eux-mêmes.

L’algorithme a sélectionné les formes les plus adaptées parmi des milliers de configurations possibles. © Sam Kriegman et al, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Des robots à partir de cellules nerveuses, dotés de capacités cognitives

Le potentiel de ces xénorobots a de quoi faire rêver : ils pourraient par exemple transporter des médicaments dans le corps humain ou nettoyer les plaques d'athérome dans les artères avant de se dégrader naturellement. Ils pourraient également collecter le plastique dans l'océan, digérer des substances toxiques ou radioactives ou encore identifier des molécules dans des environnements inaccessibles aux humains. Mais cette technologie offre des perspectives encore plus vertigineuses. En les construisant à partir de cellules nerveuses et sensorielles, les xénorobots pourraient ainsi être dotés de capacités cognitives et devenir « intelligents ».

Les robots vont-ils se retourner contre nous ?

Des perceptives qui ont de quoi soulever des inquiétudes, certains s'alarmant du détournement possible de tels robots (crainte alimentée par le fait que le projet soit en partie financé par la Darpa, la branche de recherche de l'armée américaine). Même s'ils ne sont pour l'instant pas capables de se reproduire ou d'évoluer, on peut imaginer des colonies de robots décidant par eux-mêmes d'envahir un organisme, de répandre un virus mortel ou de détruire des objets. Pour le moment, leur comportement est dirigé par leur conception, elle-même déterminée par les algorithmes. Sauf que l'intelligence artificielle est une véritable boîte noire dont les tenants et aboutissants nous échappent de plus en plus. La création d'organismes entièrement nouveaux en dehors de toute évolution biologique pose également de nombreuses questions éthiques. De quoi nourrir les prochains films de science-fiction.


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