Het klinkt misschien als een nachtmerrie, maar gelukkig hebben we van deze robotjes weinig te vrezen. Sterker nog: misschien zijn we wel gebaat bij hun geboorte.

Amerikaanse onderzoekers hebben robotjes ontwikkeld die zichzelf – zonder dat mensen zich daar dus verder mee bemoeien – kunnen voortplanten. Een primeur.

In een petrischaaltje
Het is een opmerkelijk gezicht. In een petrischaaltje zwerven verschillende Pac-Man-vormige robotjes rond. Maar waar Pac-Man zich tegoed doet aan bolletjes en vruchtjes, verzamelen deze robotjes cellen. Ze verzamelen deze in hun ‘mond’, waar de cellen zich zo organiseren dat ze samen weer een nieuw robotje vormen dat zich al na enkele dagen uit de mond van de ‘moeder-robot’ losmaakt, om vervolgens zelf op jacht te gaan naar cellen en zelf weer nieuwe robotjes voort te brengen. “Ze planten zichzelf spontaan voort,” aldus onderzoeker Joshua Bongard.

Avontuur
Met de voortplantende robotjes hebben Bongard en collega’s een opmerkelijke nieuwe stap gezet in een avontuur dat vorig jaar al de krant wist te halen. Toen kondigden de onderzoekers namelijk de creatie van een ‘levende robot’ aan, die ze Xenobot hadden gedoopt. Een soort biologische machine, opgebouwd uit levende cellen die de onderzoekers van een kikkerembryo hadden geschraapt en op aanwijzingen van een supercomputer zo hadden georganiseerd dat de cellen samen een robotje vormden dat zichzelf optimaal kon voortbewegen. “Dit zijn nieuwe levende machines,” zo vertelde Bongard toen. “Het zijn geen traditionele robots (…) maar een nieuw type object: een levend, programmeerbaar organisme.”

En voortbordurend op dat werk komen Bongard en collega’s nu dus met Xenobots die zichzelf kunnen voortplanten. Opnieuw werd daarbij een beroep gedaan op een supercomputer. En cellen van de kikker Xenopus laevis. Om precies te zijn: embryonale cellen die normaliter uit zouden groeien tot huid. “Deze cellen zitten aan de buitenzijde van een kikkervisje, houden de ziekteverwekkers buiten en herverdelen het slijm,” zo vertelt onderzoeker Michael Levin. “Maar wij plaatsen ze in een nieuwe context.”

Supercomputer
Die context wordt gedicteerd door een supercomputer, die heeft nagedacht over de vraag hoe de cellen georganiseerd moeten worden om ervoor te zorgen dat het resulterende biologische machientje niet alleen in staat is om zichzelf zelfstandig voort te bewegen, maar zich ook zelfstandig kan voortplanten. “Het resulteerde na maandenlang rekenen in een aantal vreemde ontwerpen, waaronder een ontwerp dat deed denken aan Pac-Man,” aldus onderzoeker Sam Kriegman. De onderzoekers gingen er vervolgens mee aan de slag en bouwden deze Pac-Man-achtige levende robots. “En vervolgens bouwden die ‘ouders’ kinderen, en die kinderen bouwden kleinkinderen en die bouwden weer achterkleinkinderen, die weer achterachterkleinkinderen bouwden.”

Kinematische replicatie
Al die nieuwe generaties waren het resultaat van ‘kinematische replicatie’, oftewel door beweging ingegeven voortplanting. “Bijna alle organismen vermenigvuldigen zichzelf door te groeien en daarna nageslacht op de wereld te zetten,” zo schrijven de onderzoekers in hun paper. “Sommige moleculen vermenigvuldigen zich ook, maar doen dat door te bewegen, in plaats van te groeien. Ze vinden en combineren bouwblokken om kopieën van zichzelf te maken. Hier tonen we aan dat clusters van cellen – wanneer ze bevrijd worden uit het ontwikkelende organisme waar ze deel van uitmaakten – op vergelijkbare wijze losse cellen kunnen vinden en combineren tot celclusters die er net zo uitzien en bewegen als zijzelf.” Heel concreet zijn onderzoekers er dus in geslaagd om – op aangeven van een supercomputer – een verzameling cellen te maken die al bewegend losse stamcellen verzamelt die samen weer uit kunnen groeien tot ‘jonge’ Xenobots. “Deze cellen hebben het genoom van een kikker, maar bevrijd van hun taak om uit te groeien tot kikkervisjes, gebruiken ze hun collectieve intelligentie, hun plasticiteit, om iets anders geweldigs te doen,” stelt Levin. “Dit zijn kikkercellen die zich repliceren op een manier die heel anders is dan de manier waarop kikkers dat doen. Voor zover wij weten is er geen enkel dier of geen enkele plant die zich op deze manier vermenigvuldigt.”

Het idee dat ‘biologische machines’ in staat zijn om zichzelf oneindig voort te planten, kan wat angstaanjagend zijn. Maar de onderzoekers nemen alle zorgen graag weg. De robotjes zijn slechts een millimeter groot, kunnen gemakkelijk uitgeschakeld worden en zitten vast in hun petrischaaltjes. Wereldheerschappij is dan ook ver weg. En daar zijn de onderzoekers ook zeker niet op uit. In plaats daarvan hopen ze met de Xenobots juist iets goeds te kunnen doen voor de mensheid. “Als we weten hoe we een verzameling cellen kunnen vertellen wat we willen dat deze doet, dan begeven we ons op het gebied van regeneratieve geneeskunde,” aldus Levin. “En dat kan de oplossing zijn voor verwondingen, aangeboren afwijkingen, kanker en veroudering. Al die problemen zijn er, omdat we niet goed kunnen voorspellen en controleren wat groepen cellen samen gaan bouwen. Xenobots zijn een nieuw platform om daar meer over te weten te komen.”