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全球首个活体机器人诞生 靠自己活动、可编程、会自愈

2020-01-16 16:16:54

【文/观察者网  程小康】2020年1月13日,全球顶级期刊《美国科学院院报》(PNAS)发表了一项新的重磅研究:美国科学家利用从青蛙胚胎中提取的活细胞,创造出第一个毫米级“活体可编程机器人”。

世界首个用细胞制作的活体机器人,已经诞生。不用金属、塑料打造,而是采用细胞重组,科幻电影《终结者2》中的T-1000反派角色似乎是迎面扑来。

截图自《美国科学院院报》官网

100%的青蛙细胞组成的机器人

这项研究是由美国佛蒙特大学(University of Vermont,简称UVM)计算机科学系教授约书亚·邦加(Josh Bongard)的团队主导。论文一作是山姆·克里格曼(Sam Kriegman),佛蒙特大学博士研究生,致力于进化机器人的研究。组装机器人的工作,主要由塔夫茨大学(Tufts University)生物系教授迈克尔·莱文(Michael Levin)团队完成。

论文的通讯作者约书亚·邦加

简单来说,这款“活体机器人”是由100%青蛙细胞所创造出的新生命个体——非金属非机械结构、非单细胞生物体,是一种新的活体可编程生物。

在进化算法的帮助下,科学家用非洲爪蟾皮肤细胞和心脏细胞造出了一种新型“活体机器人”,并将其命名为xenobots(爪蟾拉丁名“Xenopus laevis”和机器人“robots”两个词的结合)。

这种机器人拥有两个“短腿”,能依靠自主力量朝目标移动。最关键的一点,其自身被损坏或撕裂后,还能自行复制和修复。

为了能让xenobots按照科学家制定的方式移动,研究团队在UVM的Vermont Advanced Computing Core的Deep Green超级计算机集群上进行了数月的处理,并使用了一种进化算法为xenobots创建了数千个候选设计。

通过计算机一遍又一遍的将数百个模拟细胞重新组装成无数种无数种形式和体型,科学家确定了最优的设计方案。

接下来,研究团队将测试从计算机转移到现实中。先从爪蟾胚胎中提取了干细胞,然后使干细胞分化成能够自然收缩的心脏细胞和无法收缩的皮肤细胞。利用细胞天生容易与其他细胞结合的特性,将这两种成分结合在一起。

上方蓝绿色方块代表被动细胞,下方时红时绿方块则代表主动收缩细胞

在显微镜下,这些小小的“肉团”似得机器人在液体中忙个不停。只要往其中滴入一些细胞碎屑,它们就会将碎屑聚拢成一堆。如果在某个“肉团”的背上轻弹一下,它就会立即躺倒,像只四脚朝天的乌龟。

截图自《美国科学院院报》官网

揭示细胞合作“谜团”  《终结者2》中T-1000成为可能?

Xenobots四处移动时,研究人员可以观察其独特的结构和行为之间的对应关系,包括细胞的排列方式和的整体形状等。这些观察到的信息交由计算机科学家处理,构建虚拟模型,供数字版本的Xenobots在其中活动。

研究团队再利用类似自然选择过程的进化算法,观察Xenobots的结构对它们的生存有何影响,什么结构的Xenobots才是自然选择中的“适者”。

细胞间的合作方式向来是“一大谜团”,参与此次研究的塔夫茨大学发展生物物理学家迈克尔·莱文(Michael Levin)表示“我们最感兴趣的是,细胞是如何通过合作、组成特定功能结构的”。

一旦弄清了这一点,科学家也许还能进一步发掘更多细胞的神秘潜能。目前的类人机器人通常由一系列笨重的零件构成,最后组成一个可以四处移动的机器人。但人体远比这种组合方式智能得多,细胞之间可以相互交流、构成组织、器官和整个人体。

目前,科技类工业产品虽然功能强大,但被破坏后都无法再继续使用。如手机、笔记本电脑等电子产品被损坏后,就无法再使用。

显微镜下,Xenobots结构被破坏后,可自愈

但Xenobots的出现可能带来巨大改变,这类“活体机器人”就有自愈功能,结构被破坏后,还能进行恢复。专家指出,如果按照这样的路线,日后再加入认知功能,未来可能出现电影《终结者2》中的T-1000机器人,一个Xenobots被切开后,还可以自动愈合,两个Xenobots可能会与对方结合。

“伦理冲击”引起公众担忧

虽然技术思路可以简单的几段文字进行解释,但事实上,这项研究有很多的技术难点需要克服,也有很大的未知风险。

佛蒙特大学和塔弗茨大学团队发表该项研究成果后,网友在社交媒体上也展开了大量的讨论。许多人担心,快速变革的生物技术,会带来不良影响,对未来世界可能产生伦理冲击。

网友表示这项研究令人毛骨悚然

对于大众表现出的担忧情绪,“Xenobots活体机器人”研究团队的相关成员给出自己不同的看法,认为伦理风险是政策制定者考虑的事情,此项研究对人类是有帮助的。

参与该研究的成员山姆·克里格曼(Sam Kriegman)认为,类似的“活体机器人”未来变体很有可能具备神经系统和认知能力。针对伦理冲击风险,克里格曼表示,在发现这类机器人后,政策的制定者也能针对性的定制最佳行动方案,“每个人都应该做各种不同的事情,(我们)只是探索,而(其他人)需要考虑其行为的伦理后果和影响”。

论文的另一位作者,塔夫茨大学教授迈克尔·莱文(Michael Levin)也指出,这种恐惧并非不合理。但他认为,他们的工作是在帮助人们更好地理解这类系统。

但是,相似领域的专家对“Xenobots活体机器人”的研究也给出了警醒提示。斯坦福大学法学教授,生物医学伦理学研究中心指导委员会主席汉克·格里利(Hank Greely)就表示,尽管当前的研究远没有创造出类似人类的东西,但他们仍应牢记这样的伦理学问题,也需要全社会来关注并且优化伦理方案。

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柳叶刀

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来源:观察者网 | 责任编辑:柳叶刀
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