全球首个可编程还会自愈“活体机器人”

　　它们既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种。这是一种活的、可编程的有机体。

　　不是设想，不是科幻，是实实在在登上顶级期刊的科学研究。史上首个活的、可编程生物诞生！

　　而且不用金属、塑料打造，采用青蛙表皮细胞和心脏细胞重组。

　　这就是顶级期刊《美国科学院院报》(PNAS)最新发表的惊人研究，来自美国佛蒙特大学和塔弗茨大学团队。

　　论文通讯作者约书亚·邦加（Joshua Bongard）说：

　　它们既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种。这是一种活的、可编程的有机体。

　　合著者迈克尔·莱文（Michael Levin）也表示：

　　这是全新的生命形式。它们从未在地球上出现过。

　　这些机器人，被命名为Xenobots。

　　研究者认为，其在水性介质中行动的特性，展示了未来无限的可能性：清理海洋中的微塑料污染，作为可生物降解的药物输送机器人等等。

　　但当它被展示在大众面前时，立即引起了许多人的恐慌。

　　是的，有科幻电影《异形》、《异星觉醒》内味了。网友纷纷表示：吓死我了。

　　活体机器人，到底是怎么一回事？

　　Xenobots：首个活体机器人

　　这个名叫Xenobot的“异形机器人”，长度不到1毫米，是非洲爪蛙心脏细胞（收缩细胞）和表皮细胞（被动细胞）的结合。

　　结合的依据，是佛蒙特大学的超级计算机集群Deep Green设计出来的模型。

　　研究人员在这个具有20000台笔记本电脑计算能力的集群上演算了一种进化算法。

　　在反复试验当中，用类似自然选择的方式，将性能较差的模型设计剔除。

　　代码已开源，地址见文末

　　这两种细胞都是研究人员从爪蛙胚胎干细胞中分化得到的。

　　研究人员先将胚胎细胞切开。

　　细胞被切开的两个部分，单独进行培养。

　　而后将二者慢慢进行重建。

　　最后，按照超级计算机模拟出来的设计，用镊子和电极对这个重塑的细胞进行“雕琢”。

　　所重塑的细胞形状各异，有的是楔形，有的是拱形。

　　在下图中，顶部的绿色部分是被动细胞，而底部红、绿交替的部分便是主动细胞。

　　绿色为表皮细胞，红色为心脏细胞

　　通过心脏细胞产生的收缩，Xenobot能在水性介质中移动。

　　已调整为8倍速

　　不单单能直线行进，也能转圈圈。

　　不同于金属、塑料打造的机器人，Xenobot是完全可生物降解的。

　　并且，它还具有自我修复能力。

　　论文通讯作者Joshua Bongard介绍：

　　我们把机器人切成了两半，结果它不仅能把自己缝合起来，其后还能继续活动。

　　有趣的是，如果你将这个机器人翻转过来，它就像乌龟翻了个个儿背朝下，会失去移动能力。

　　计算机+生物，跨界合作

　　这项研究由佛蒙特大学计算机科学系教授约书亚·邦加的团队主导。

　　论文一作是山姆·克里格曼。佛蒙特大学博士研究生，致力于进化机器人的研究。这项研究来自美国佛蒙特大学、塔夫茨大学和哈佛大学科学家的合作，论文标题为《用于设计可重构生物体的可扩展性管线研究》，发表在本周的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。通讯作者系佛蒙特大学计算机科学系教授乔什·邦加德（Josh Bongard）。

　　研究团队使用非洲爪蛙心脏细胞（收缩细胞）和表皮细胞（被动细胞），结合出了这个机器人。结合的依据，是佛蒙特大学的超级计算机集群Deep Green设计出来的模型。

　　两类细胞可有爪蛙胚胎干细胞分化而来。

　　爪蛙胚胎干细胞

　　xenobots长度少于1毫米，由超级计算机的“进化算法”设计，聚集了500到1000个皮肤细胞和心脏细胞，这些细胞在水环境中大概能存活7天到10天，并能移动而无需额外补充营养，一些机器人可直线前行，一些机器人可绕圈。

　　心脏细胞会自动收缩放松，犹如小型发动机，驱动xenobots前进，并且受损后它能够治愈伤口。直到细胞能量用完，它会像生物自然死亡一样崩溃腐烂。

　　图左为超级计算机的模型，图右为由非洲爪蟾皮肤细胞（绿色）和心肌细胞（红色）构建的细胞机器人。

　　四足细胞机器人，直径为 650 微米 - 750 微米。

　　科学家用计算机设计出了多款可移动的细胞机器人形态。

　　被切成两半，还能自己缝上

　　这些毫米级的“活体机器人”（xenobots）可以朝目标移动，也可以携带一个有效载荷（例如需要运送到患者体内特定位置的药物）。

　　论文通讯作者Joshua Bongard介绍：我们把机器人切成了两半，结果它不仅能把自己缝合起来，其后还能继续活动。

　　xenobots的未来

　　这项计划的最终目标是将这些小型活体机器人规模化，用哺乳动物的细胞创造出可能有血管、神经系统、感觉细胞、眼睛的Xenobots。

　　当被问及这种药物递送方式会不会引发人体免疫反应时，研究人员表示，如果能够实现用患者自己的细胞制造机器人，这项技术才有望真正用于药物递送了。

　　山姆·克里格曼（Sam Kriegman）

　　通讯作者约书亚·邦加教授博士毕业于苏黎世大学，现在是佛蒙特大学计算机科学系教授，形态演化与认知实验室负责人，研究重点是进化机器人技术，进化计算和物理模拟。

　　约书亚·邦加（Josh Bongard）

　　而组装机器人的工作，主要由塔夫茨大学生物系教授迈克尔·莱文团队完成。

　　迈克尔·莱文（Michael Levin）

　　研究者们认为，Xenobot的特性展示了其未来无限的可能性。它们可以被用来清理海洋中的微塑料污染，定位和消化有毒物质，或者进入人体血管，精准输送药物、清楚动脉壁上的斑块等等。

　　但或许，这样的一个“异形”机器人，会让你想起科幻电影《异星觉醒》：一个单细胞就能毁天灭地。

　　已经有网友表示受到了惊吓：

　　论文一作山姆·克里格曼（Sam Kriegman）坦承，这项研究带来了新的道德问题：这类机器人的未来变体可能具有神经系统和认知能力。

　　我认为重要的是，这项研究是公开的，社会可以对其进行讨论，政策制定者也能有针对性地指定最佳行动方案。

　　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。

　　这项研究正是对人们所担忧的事情的直接贡献。人类是高级的可编程有机体，是预先设置好了的。

　　论文地址：

　　https://www.pnas.org/content/early/2020/01/07/1910837117

　　Github项目：

　　https://github.com/skriegman/reconfigurable_organisms

　　参考链接：

　　https://www.wired.com/story/xenobot/

　　https://www.inverse.com/article/62220-scientists-create-living-machine

　　https://www.cnet.com/news/tiny-living-robots-made-from-frog-cells-could-soon-swim-inside-your-body/#ftag=CADf328eec

　　https://www.theguardian.com/science/2020/jan/13/scientists-use-stem-cells-from-frogs-to-build-first-living-robots?utm_term=Autofeed&CMP=twt_gu&utm_medium=&utm_source=Twitter#Echobox=1578950205

　　— 完 —