Les premiers robots vivants au monde peuvent désormais se reproduire entre eux. L’humanité court-elle à sa perte ? C’est à vous d’en juger …

Qu’il s’agisse d’une plante en bourgeonnement ou d’une reproduction sexuée, toute réplication sur notre planète implique la croissance d’une progéniture à l’intérieur ou sur le corps de l’organisme. Cependant, les scientifiques ont conçu les tout premiers robots vivants qui procréent en utilisant une toute nouvelle forme de reproduction jamais vue auparavant sur terre. En effet, en janvier 2020, une équipe de scientifiques de l’Université du Vermont, de l’Université Tufts et de l’Université de Harvard a prélevé des cellules souches d’embryons de grenouilles africaines à griffes et les a transformées en minuscules créatures vivantes appelées xénobots. Les xénobots, qui mesurent moins de 0,04 pouce de large, étaient capables de se déplacer seuls, de communiquer entre eux et de se soigner d’une blessure, ce qui en faisait les tout premiers robots vivants. Mais plus d’un an plus tard, les créatures conçues par ordinateur ont commencé à faire « quelque chose qui n’avait jamais été observé auparavant ».

Ce que l’équipe de scientifiques a découvert, c’est que les xénobots se déplaçaient dans leur environnement et trouvaient des cellules individuelles. Ils rassemblaient des centaines de ces cellules à la fois, puis assemblaient une progéniture dans leur bouche. Quelques jours plus tard, la progéniture est devenue un nouveau xenobot qui fonctionnait comme les autres. Le groupe a publié lundi ses conclusions dans la revue à comité de lecture PNAS. « C’est profond », a déclaré Michael Levin, directeur du Allen Discovery Center de l’Université Tufts et co-responsable de la nouvelle recherche, dans un communiqué. « Ces cellules ont le génome d’une grenouille, mais, libérées de devenir des têtards, elles utilisent leur intelligence collective, une plasticité, pour faire quelque chose d’étonnant. » Il ajoute plus loin : « Les grenouilles ont une façon de se reproduire qu’elles utilisent normalement mais quand vous … libérez (les cellules) du reste de l’embryon et que vous leur donnez une chance de comprendre comment être dans un nouvel environnement, non seulement elles comprennent une nouvelle façon de se déplacer, mais ils trouvent aussi apparemment une nouvelle façon de se reproduire. »

Sam Kriegman, chercheur postdoctoral à Tufts et Harvard et auteur principal de l’étude, a déclaré que ce qui rend la découverte si remarquable, ce sont les xénobots reproduits d’une manière que la plupart des animaux ne feraient pas. Lorsque les scientifiques ont créé les xénobots, ils leur ont retiré toutes les caractéristiques des grenouilles, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas se répliquer en créant des têtards. La conception originale des robots n’a pas réussi à se reproduire, alors le groupe a utilisé l’intelligence artificielle pour aider à décider quelle serait la meilleure conception à reproduire.

La meilleure forme de corps ressemblait beaucoup au personnage emblématique du jeu vidéo, Pac-Man. Lorsqu’ils ont pris la forme de Pac-Man et l’ont mise dans une boîte de Pétri, le processus de reproduction a commencé et a réussi. Ce processus de reproduction, connu sous le nom de réplication cinématique, est très courant, mais uniquement dans les molécules. « Aucun animal ou plante connu de la science ne se reproduit de cette manière », a déclaré Kriegman. Bien que cela puisse ressembler au début de l’intrigue d’un film « Terminator », Joshua Bongard, informaticien et expert en robotique à l’Université du Vermont et co-auteur de l’étude, dit qu’il n’y a aucune inquiétude que cela puisse conduire à la fin de civilisation humaine. Les xénobots sont petits, ne vivent que dans un laboratoire et peuvent être facilement tués.

Bongard a déclaré que la capacité de l’intelligence artificielle à développer la capacité des xénobots à se reproduire peut être bénéfique pour tous les problèmes auxquels sont confrontés les êtres vivants, tels que les malformations congénitales, les maladies et le cancer. « Tous ces différents problèmes sont là parce que nous ne savons pas comment prédire et contrôler quels groupes de cellules vont se construire. Les Xenobots sont une nouvelle plateforme pour nous enseigner. Nous avons trouvé des Xenobots qui marchent. Nous avons trouvé des Xenobots qui nagent. Et maintenant, dans cette étude, nous avons trouvé des Xenobots qui se répliquent cinématiquement. Qu’y a-t-il d’autre ? » dit Bongard.


« La science est un danger public. Elle est aussi dangereuse qu’elle a été bienfaisante. » — Aldous Huxley (Le meilleur des mondes)

►Robot ou organisme ?

Les cellules souches sont des cellules non spécialisées qui ont la capacité de se développer en différents types de cellules. Pour fabriquer les xénobots, les chercheurs ont prélevé des cellules souches vivantes sur des embryons de grenouilles et les ont laissées incuber. Il n’y a aucune manipulation des gènes impliqués. « La plupart des gens pensent que les robots sont faits de métaux et de céramiques, mais ce n’est pas tant de quoi un robot est fait mais ce qu’il fait, c’est-à-dire agir de lui-même au nom des gens », a déclaré Josh Bongard. « De cette façon, c’est un robot, mais c’est aussi clairement un organisme fabriqué à partir de cellules de grenouille génétiquement non modifiées. »

Bongard a déclaré avoir découvert que les xénobots, qui étaient initialement en forme de sphère et constitués d’environ 3 000 cellules, pouvaient se répliquer. Mais cela arrivait rarement et seulement dans des circonstances précises. Les xénobots ont utilisé la « réplication cinétique » — un processus connu pour se produire au niveau moléculaire mais qui n’a jamais été observé auparavant à l’échelle de cellules entières ou d’organismes, a déclaré Bongard. 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. « L’IA n’a pas programmé ces machines comme nous pensons habituellement à l’écriture de code. Elle a façonné et sculpté et a créé cette forme de Pac-Man », a déclaré Bongard. « La forme est, par essence, le programme. La forme influence le comportement des xénobots pour amplifier ce processus incroyablement surprenant. »

Les xénobots sont une technologie très ancienne — pensez à un ordinateur des années 1940 — et n’ont pas encore d’applications pratiques. Cependant, cette combinaison de biologie moléculaire et d’intelligence artificielle pourrait potentiellement être utilisée dans une foule de tâches dans le corps et l’environnement, selon les chercheurs. Cela peut inclure des choses comme la collecte de microplastiques dans les océans, l’inspection des systèmes racinaires et la médecine régénérative.

Alors que la perspective d’une biotechnologie auto-réplicative pourrait susciter des inquiétudes, les chercheurs ont déclaré que les machines vivantes étaient entièrement contenues dans un laboratoire et facilement éteintes, car elles sont biodégradables et réglementées par des experts en éthique. « Il y a beaucoup de choses qui sont possibles si nous profitons de ce type de plasticité et de capacité des cellules à résoudre des problèmes », a déclaré Bongard.

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

Le communiqué de l’Université du Vermont

Les Xenobots conçus par l’IA révèlent une toute nouvelle forme d’auto-réplication biologique, prometteuse pour la médecine régénérative

Aujourd’hui, les scientifiques ont découvert une toute nouvelle forme de reproduction biologique et ont appliqué leur découverte pour créer les tout premiers robots vivants autoréplicatifs. Ces nouveaux Xenobots peuvent sortir, trouver des cellules et créer des copies d’eux-mêmes. Encore et encore. « Avec la bonne conception, ils s’auto-répliqueront spontanément », déclare Joshua Bongard. Les résultats de la nouvelle recherche ont été publiés le 29 novembre 2021 dans les actes de l’Académie nationale des sciences (Proceedings of the National Academy of SciencesPNAS).

► Dans l’inconnu

Chez une grenouille Xenopus laevis, ces cellules embryonnaires se développeraient en peau. « Elles seraient assis à l’extérieur d’un têtard, empêchant les agents pathogènes d’entrer et redistribuant le mucus », explique Michael Levin, professeur de biologie et directeur du Allen Discovery Center de l’Université Tufts et co-responsable de la nouvelle recherche. « Mais nous les plaçons dans un nouveau contexte. Nous leur donnons une chance de réinventer leur multicellularité. » Et ce qu’ils imaginent est bien différent de la peau. « Les gens pensent depuis longtemps que nous avons trouvé toutes les façons dont la vie peut se reproduire ou se répliquer. Mais c’est quelque chose qui n’a jamais été observé auparavant », déclare le co-auteur Douglas Blackiston, le scientifique principal de l’Université Tufts qui a rassemblé les « parents » Xenobot et développé la partie biologique de la nouvelle étude.

Lors d’expériences antérieures, les scientifiques étaient étonnés que les Xenobots puissent être conçus pour accomplir des tâches simples. Maintenant, ils sont stupéfaits que ces objets biologiques — une collection de cellules conçue par ordinateur — se reproduisent spontanément. « Nous avons le génome complet et non modifié de la grenouille », dit Levin, « mais cela n’a donné aucune indication que ces cellules peuvent travailler ensemble sur cette nouvelle tâche », consistant à rassembler puis à compresser des cellules séparées en auto-copies de travail. « Ce sont des cellules de grenouille qui se répliquent d’une manière très différente de la façon dont les grenouilles le font. Aucun animal ou plante connu de la science ne se reproduit de cette manière », déclare Sam Kriegman, l’auteur principal de la nouvelle étude, qui a terminé son doctorat dans le laboratoire de Bongard à l’UVM et est maintenant chercheur postdoctoral au Tuft’s Allen Center et à l’Université de Harvard Wyss. Institut d’ingénierie d’inspiration biologique.

À lui seul, le parent Xenobot, composé de quelque 3 000 cellules, forme une sphère. « Ceux-ci peuvent faire des enfants, mais le système s’éteint normalement après cela. Il est très difficile, en fait, de faire en sorte que le système continue de se reproduire », explique Kriegman. Mais avec un programme d’intelligence artificielle travaillant sur le cluster de superordinateurs Deep Green au Vermont Advanced Computing Core de l’UVM, un algorithme évolutif a pu tester des milliards de formes corporelles en simulation — triangles, carrés, pyramides, étoiles de mer — pour trouver celles qui permettaient aux cellules d’être plus efficace à la réplication « cinématique » basée sur le mouvement rapportée dans la nouvelle recherche.

« Nous avons demandé au supercalculateur de l’UVM de comprendre comment ajuster la forme des parents initiaux, et l’IA a proposé des conceptions étranges après des mois de soufflage, dont une qui ressemblait à Pac-Man », explique Kriegman. « C’est très peu intuitif. Cela semble très simple, mais ce n’est pas quelque chose qu’un ingénieur humain proposerait. Pourquoi une petite bouche ? Pourquoi pas cinq ? Nous avons envoyé les résultats à Doug et il a construit ces parents Xenobots en forme de Pac-Man. Ensuite, ces parents ont construit des enfants, qui ont construit des petits-enfants, qui ont construit des arrière-petits-enfants, qui ont construit des arrière-arrière-petits-enfants. » En d’autres termes, la bonne conception a considérablement prolongé le nombre de générations.

La réplication cinématique est bien connue au niveau des molécules, mais elle n’a jamais été observée auparavant à l’échelle de cellules entières ou d’organismes. « Nous avons découvert qu’il existe cet espace jusque-là inconnu dans les organismes ou les systèmes vivants, et c’est un vaste espace », explique Bongard, professeur au Collège d’ingénierie et de sciences mathématiques de l’UVM. « Comment allons-nous alors explorer cet espace ? Nous avons trouvé des Xenobots qui marchent. Nous avons trouvé des Xenobots qui nagent. Et maintenant, dans cette étude, nous avons trouvé des Xenobots qui se répliquent cinématiquement. Qu’y a-t-il d’autre là-bas ? »

Ou, comme l’écrivent les scientifiques dans l’étude Actes de l’Académie nationale des sciences : « la vie abrite des comportements surprenants juste sous la surface, attendant d’être découverts ».


« La science est une belle chose, mais rien n’est pire qu’une fausse science. »

— Victor Cherbuliez (Les pensées extraites de ses œuvres)

► Répondre au risque

Certaines personnes peuvent trouver cela exaltant. D’autres peuvent réagir avec inquiétude, voire terreur, à l’idée d’une biotechnologie autoréplicative. Pour l’équipe de scientifiques, l’objectif est une compréhension plus profonde.

« Nous travaillons à comprendre cette propriété : la réplication. Le monde et les technologies évoluent rapidement. Il est important, pour la société dans son ensemble, que nous étudiions et comprenions comment cela fonctionne », déclare Bongard. Ces machines vivantes de la taille d’un millimètre, entièrement contenues dans un laboratoire, facilement éteintes et contrôlées par des experts en éthique fédéraux, étatiques et institutionnels, « ne sont pas ce qui m’empêche de dormir la nuit. Ce qui présente un risque, c’est la prochaine pandémie ; accélérer les dommages causés à l’écosystème par la pollution ; intensifiant les menaces du changement climatique », déclare Bongard de l’UVM. « Il s’agit d’un système idéal pour étudier les systèmes autoréplicatifs. Nous avons un impératif moral pour comprendre les conditions dans lesquelles nous pouvons le contrôler, le diriger, l’étouffer, l’exagérer. »

Bongard pointe du doigt l’épidémie de COVID et la chasse au vaccin. « La vitesse à laquelle nous pouvons produire des solutions est très importante. Si nous pouvons développer des technologies, en apprenant des Xenobots, où nous pouvons rapidement dire à l’IA : “Nous avons besoin d’un outil biologique qui fait X et Y et supprime Z”, cela pourrait être très bénéfique. Aujourd’hui, cela prend énormément de temps. » L’équipe vise à accélérer la rapidité avec laquelle les gens peuvent passer de l’identification d’un problème à la génération de solutions, « comme le déploiement de machines vivantes pour extraire les microplastiques des cours d’eau ou créer de nouveaux médicaments », explique Bongard.

« Nous devons créer des solutions technologiques qui évoluent au même rythme que les défis auxquels nous sommes confrontés », déclare Bongard.

Et l’équipe voit des promesses dans la recherche de progrès vers la médecine régénérative. « Si nous savions comment dire à des collections de cellules de faire ce que nous voulions qu’elles fassent, en fin de compte, c’est de la médecine régénérative, c’est la solution aux blessures traumatiques, aux malformations congénitales, au cancer et au vieillissement », explique Levin. « Tous ces différents problèmes sont là parce que nous ne savons pas comment prédire et contrôler quels groupes de cellules vont se construire. Les Xenobots sont une nouvelle plateforme pour nous apprendre. »



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