本文转载自雷锋网。如需转载，请在雷锋网官网申请授权。再见！全球首创活体机器人，开创生命再现新方式！大家印象中的机器人还停留在铜头铁额的机械身躯里吗？还是由钢筋混凝土或重木制成的巨石？这不，科学家马上安排了一批活体机器人，全球第一批！而且，这些机器人还会自我复制……这是美国佛蒙特大学、塔夫茨大学和哈佛大学威斯研究所的科学家发现的一种新的生物繁殖形式，创造了有史以来第一个“自我复制”的生物机器人。目前，该研究成果已于2021年11月29日发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。论文链接：https://www.pnas.org/content/118/49/e2112672118去年，本一群学者依靠进化算法，利用青蛙的表皮细胞和心肌细胞制造出世界上第一批活体机器人。命名为“Xenobot”。与传统机器人或已知动物物种不同，“Xenobot”是一种新型的可编程生物。此外，即使被割伤，它们也可以自主移动并自愈。自主移动的Xenobot自动修复自身的Xenobot但当时第一代“Xenobot”还不能完成自我复制。现在，一个研究小组已经解决了这个问题，创造了有史以来第一个能够自我复制的活体机器人。该团队发现，这些计算机设计和手工组装的生物能够游到它们的小盘子，找到数百个单细胞并将它们聚集在一起，然后将它们放入形状像吃豆人的“嘴巴”中。组装“下一代”Xenobot。几天后，这些“下一代”将成为长相和行为都像父母的新一代Xenobot。这些新的Xenobot将继续外出寻找细胞，建立自己的副本，并无休止地重复……1.Xenobot如何自我复制？Xenobot本身是来自非洲爪蟾的数千个胚胎细胞的簇。作为正常繁殖的结果，这些胚胎细胞最终会发育成蝌蚪的不同部分。然而，美国佛蒙特大学和塔夫茨大学的一个团队，将原始胚胎细胞的不同部分切下来，按照计算机模拟的结构进行重建，人为地“生产”了这个新生命。该研究的合著者、塔夫茨大学的资深科学家道格拉斯·布莱克斯顿说：“长期以来，人们一直认为我们已经找到了生命繁殖或繁殖的所有方式。但是这次我们发现了以前从未见过的东西。这些计算机设计的细胞组合具有青蛙基因组，但它们并没有选择成为蝌蚪。相反，在看似集体智慧的行动中，发生了一些令人震惊的事情。例如，自我复制。当成熟的细胞群处于分散的胚胎细胞群中时，它会自发地将这些离散的细胞堆在一起。如果团块足够大，这些细胞团可以发育成游动的、有纤毛的后代。但是，这个过程比较不确定。温度范围、胚胎细胞密度、成熟细胞群的数量和随机行为、溶液粘度、培养皿几何表面和污染都会影响复制。因此，原异种机器人的自我复制最多只能持续两轮。如何扩大这一轮复制？这就是AI算法派上用场的地方。2、AI如何扩大复制轮次？既然球形结构的细胞团不利于繁殖，可不可以试试其他形状？那么如何突破这个问题呢？自我复制的Xenobot最初是由在佛蒙特大学的超级计算机上运行的人工智能程序构思出来的。研究人员运行了一种进化算法，在模拟中测试了数十亿种生物类型，目的是发现哪些细胞配置能够自我复制。最终，人工智能找到了一个获胜的设计：一组形状像1980年代街机游戏吃豆人的单元格。在“吃豆人”形态下，Xenobots的自我复制系统的寿命从最多2代增加到4代。该研究的合著者、塔夫茨大学资深科学家道格拉斯·布莱克斯顿(DouglasBlackiston)接受了AI给出的设计，并使用微型烙铁和手术钳手动雕刻出由3000个青蛙细胞组成的Xenobot母体并且可以在培养皿中游泳。添加到培养皿中的青蛙细胞随后为Xenobot母亲提供了原材料，它们用来在吃豆人形状的“嘴巴”中制造新的Xenobot。几天后，新的Xenobot长成了新的Xenobot父母。通过不断向培养皿中添加青蛙细胞原液，这种自我复制过程可以代代相传。在非洲爪蟾中，这些胚胎细胞发育成附着在蝌蚪外部的皮肤，阻止病原体并重新分布粘液。但研究团队将这些细胞置于新环境中，让它们有机会重新想象自己的多细胞性。事实证明，只想成为皮肤的细胞不是好细胞。DouglasBlackiston说：“很长一段时间以来，人类都认为他们已经找到了生命可以繁殖或以前所未有的方式繁殖的所有方式。”Xenobot母体由大约3,000个细胞组成，自身形成一个球体。这些球体可以繁殖，但随后系统通常会死亡。事实上，要让系统不断复制是非常困难的，但借助运行在超级计算机集群上的人工智能程序，进化算法可以在模拟环境中测试数十亿种体型，如三角形、正方形、金字塔、海星，以在基于运动的“动力学”复制中找到更高效的细胞。“我们在生物体或生命系统中发现了一个以前未知的空间，这是一个广阔的空间，”佛蒙特大学工程与数学科学学院教授邦加德说。所以，“我们如何去探索那个空间？我们发现了行走的Xenobot，我们发现了游泳的Xenobot。在这项研究中，我们发现了可以自我复制的Xenobot。下一步是什么？”也许正如科学家在《美国国家科学院院刊》研究中所写：生命在表面之下隐藏着令人惊讶的行为，等待被发现。3.下一个目标是什么？与其他已知的生物繁殖形式相比，基于运动学的自我复制可以显着扩大和缩小每一代的后代。这表明生物体可能能够学会自动设计以产生不同大小、形状和有用行为的后代，而不仅仅是在数量上复制自己。因此，该团队的下一步是加快从理解问题到开发解决方案的转变，例如使用活体机器人从下水道中取出微塑料或制造新药。“我们正试图了解这种特性：复制。世界和技术正在迅速变化，对于整个社会来说，研究和理解它是如何运作的很重要，”邦加德说。研究团队看到了将活体机器人发展为再生医学的希望。“如果我们知道如何告诉细胞集做我们希望它们做的事情，最终，这就是再生医学，解决创伤、先天缺陷、癌症和衰老等问题的方法，”莱文解释说。这些问题的存在是因为我们不知道如何预测和控制细胞群的构建。正如研究人员所说，“在生命的表层下隐藏着更多令人惊奇的行为，等待我们去发现。”不过，也有人给出了不同的解读，比如一些网友，可能自觉复制生物技术的概念令人担忧，甚至令人毛骨悚然：人造生命、集体智慧、自我复制。下一个是什么？会不会导致失控破坏？要回答这个问题，首先要明确Xenobot是否智能？当被问及Xenobot是否智能时，Blackiston更愿意将其称为可编程生物，智能出现在设计和编程阶段，而不是实际的Xenobot中。“我的观点是他们并不聪明，”布莱克斯顿说。但他也同意这项工作挑战科学定义。“由于这些技术，定义正在消亡，”邦加德补充道——Xenobot是人工智能的产物，人工智能本身正在帮助人类消除人类对智能的标准定义。因此，对于这项研究，仁者见仁，智者见智。没有必要过于执着于目前仅有的研究成果。毕竟，历史已经证明，科技的发展，终将造福于人类。
