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06-18
科学家创造了世界上第一个由青蛙干细胞产生的活体自愈机器人。
当地时间1月13日，佛蒙特大学在其官网发布新闻稿，宣布佛蒙特大学和塔夫茨大学的研究团队联合利用非洲爪蟾早期胚胎中的基因进行研究。
皮肤细胞和心脏细胞创造了第一个活体机器人，称为异种机器人。
该研究于1月13日发表在世界顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
【图片来源：佛蒙特大学 业主：佛蒙特大学】雷锋网获悉，Xenobots以非洲爪蛙“Xenopus laevis”命名。
这些宽度不到1毫米的异种机器人可以朝着目标移动并拾取物体（例如，需要将药物运送到患者体内特定位置），也可以在受伤后自我治愈。
“它们既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种，”计算机科学家、机器人专家和该研究的共同负责人Joshua·Bongard说。
这是一种新型人工制品——一种活的、可编程的有机体。
这些异种机器人由佛蒙特大学的超级计算机设计，然后由塔夫茨大学的生物学家组装和测试。
塔夫茨大学再生与发育生物学中心主任迈克尔·莱文表示：“不难想象这些机器人有许多其他机器无法做到的应用，比如寻找有害化合物或放射性污染物、收集环境中的微塑料等。
”众所周知，至少从农业出现以来，人类就一直在为了自身利益而操纵生物，并且基因编辑变得越来越普遍。
在过去的几年里，人类通过模仿其他动物的体形创造了许多人造生物，但该团队表示，这是有史以来第一个“完全从头开始设计的生物机器”，从广义上讲，创造有两个步骤。
第一步，利用佛蒙特大学佛蒙特州高级计算核心的 Deep Green 超级计算机集群，研究团队（包括第一作者和博士生 Sam Kriegman）花了几个月的时间，利用进化算法创建了数千种设计。
这种新的生命形式。
为了完成一项任务，例如朝一个方向移动，计算机一遍又一遍地将数百个模拟细胞重新组装成无数的形式或身体形状。
随着程序的运行——在有关单个青蛙皮肤和心脏细胞功能的生物物理学基本规则的驱动下——更成功的模拟生物体被保存和优化，而失败的则被丢弃。
经过多次独立运行算法后，科学家们选择了最满意的设计进行进一步研究。
[图片来源：佛蒙特大学 业主：佛蒙特大学] 第二步，迈克尔·莱文 (Michael Levin) 和显微外科医生道格拉斯·布莱克斯顿 (Douglas Blackiston) 领导的塔夫茨大学团队必须完成关键的一步——将计算机设计变为现实。
他们首先从非洲爪蟾的胚胎中收集干细胞，将它们分离成单个细胞并进行孵化。
然后，他们使用小镊子和更小的电极，在显微镜下切割并连接细胞，使它们非常接近计算机指定的内容。
的设计。
就这样，细胞被组装成自然界中从未见过的形状，然后它们开始一起工作。
经过上述操作后，皮肤细胞形成了更加被动的结构，而原本无序收缩的心肌细胞在电脑设计的指导下，借助自组织模式产生了有序的向前运动，这也是实现这一目标的关键。
机器人自行移动。
当然，在研究过程中，难免会出现一些意想不到的结果，但有时这些结果也会带来新的发现。
研究人员注意到，这些可重构的生物体能够以连贯的方式移动，并在胚胎能量储存的驱动下花费数天甚至数周的时间探索它们的水生环境，但在反向这样做时却失败了。
，就像甲虫翻筋斗一样。
后来的实验表明，成群的异种机器人绕圈移动，并集体自发地将一个小球推向中心。
其他异种机器人在中间挖一个洞，以减少阻力。
在模拟过程中，科学家们发现，利用这个洞作为袋子，他们可以成功地携带物体。
佛蒙特大学计算机科学与复杂系统中心教授乔什·Bongard说：“这是利用计算机设计的生物体向智能药物输送迈出的一步。
” “活”技术 我们知道，许多机器和硬件产品都是由钢材、混凝土或塑料制成的。
虽然这有它的理由（比如保证质量），但有时也不可避免地会造成生态和人类问题。
健康问题——例如海洋中日益严重的塑料污染。
相比之下，乔什·Bongard表示：异种机器人具有自我再生和修复机制，当它们停止工作并死亡时，通常不会对外部环境造成破坏。
它们是完全可生物降解的。
7天后当他们完成工作时，他们就只剩下死皮细胞了。
【图片来源：佛蒙特大学雷锋网注：图为乔希·Bongard】此外，笔记本电脑功能强大，但如果把它摔成两半，可能就无法使用了。
但在科学家将异种机器人切成两半后，他们发现它们可以自我修复并继续前进，这是传统机器无法做到的。
在破解密码的同时，研究人员还表示，他们对细胞通信和连接潜力的研究已经渗透到对计算科学和生命的理解中。
迈克尔·莱文说：当今的一个重要问题是理解决定形式和功能的算法。
基因组编码蛋白质，但硬件如何让细胞在各种条件下合作进行功能解剖仍有待发现。
同时，为了有机体的发育和功能，有机计算始终发生在有机体的细胞内部和细胞之间，而不仅仅是在神经元内部。
这些几何特性是通过生物电、生物化学和生物力学过程形成的，正如迈克尔·莱文所说，这些过程在 DNA 指定的硬件上运行，是可重新配置的，并使新的生命形式成为可能。
如今，许多人担心技术的快速进步和日益复杂的生物操作所带来的负面影响。
对此，迈克尔·莱文表示：这种担心并非没有道理。
当我们开始使用连我们自己都不理解的复杂系统时，结果可能很难想象。
如果人类要在未来生存，我们需要更好地理解复杂的属性如何从简单的规则中产生。
虽然大多数科学侧重于控制“较低级别的规则”，但我们也需要了解“较高级别的规则”。
迈克尔·莱文认为，这项研究对于解决人们的恐惧具有积极意义，这也是研究团队的意外收获。
来自佛蒙特大学，雷锋网编译。
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