它们将数百个游离细胞聚集在一起，然后组装成“吃豆人”形状的“嘴巴”里的“屁股”一代”。机器人一定要用金属、塑料、木头、混凝土制成吗？去年，美国佛蒙特大学和塔夫茨大学的研究人员给出了否定的答案。他们依靠进化算法，创造了世界上第一台使用表皮的活体机器人。青蛙的细胞和心肌细胞，并将它们命名为“Xenobot”。“Xenobot”不同于传统的机器人，它也不是已知的动物物种，而是一种新型的有生命的、可编程的生物。而且，它们可以自主移动，甚至可以自愈。ifcut.Xenobotsareabletocollectivelyactive(circlingincircles).Xenobot能够推动外部物体。Xenobot在被切开后还具有自我修复能力。从一些设计可以看出，这些机器人有一个中空结构，which指的是它们可以携带一些物品（比如药品）到指定区域，在医疗、生物、化学等领域具有很高的研究价值和前景。相关研究去年发表在《美国科学院院刊》（PNAS）。但美中不足的是原版Xenobot无法完成自我复制。这也为以后的研究铺平了道路。在新一期的《美国科学院院刊》(PNAS)中，同一个研究团队宣布他们已经破解了这个难题，创造出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”将成为外观和动作都像他们父母的新Xenobot。这些新的Xenobot会不断外出寻找细胞，构建自己的副本，等等。Xenobot是世界上第一款由AI设计的能够自我修复和自我复制的生物机器人。“通过正确的设计，它们会自发地自我复制，”共同领导这项研究的佛蒙特大学计算机科学家和机器人专家JoshuaBongard说。新研究于2021年11月29日发表于通过在佛蒙特大学的超级计算机上运行的人工智能程序。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。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，使用微型烙铁和手术钳手动雕刻出由3000个青蛙细胞和可以在培养皿中游泳。添加到培养皿中的青蛙细胞随后为Xenobots母亲提供了用于在吃豆人形状的“嘴巴”中制造Xenobabies的原材料。几天后，Xenobabies长成了新妈妈Xenobots。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皮肤。“它们会在蝌蚪的外面，阻断病原体并重新分布粘液，”塔夫茨大学艾伦探索中心的教授兼生物学主任、这项新研究的共同负责人迈克尔莱文说。“但我们将它们置于一个新环境中，让它们有机会重新想象自己的多细胞性。”事实证明，他们“想象”的东西与皮肤大不相同。“在过去的很长一段时间里，人类认为他们已经找到了生命可以繁殖的所有方式，或者以以前从未观察到的方式繁殖，”道格拉斯·布莱克斯顿说。“这些细胞具有青蛙的基因组，但它们并没有变成蝌蚪，而是利用它们的集体智慧和自身的可塑性来实现一些令人惊奇的事情。”在早期的实验中，科学家们惊讶于Xenobots可以按照设计完成简单的任务。现在，他们对这些计算机设计的生物能够自发复制感到惊讶。“我们拥有完整的、未改变的青蛙基因组，”莱文说，“但我们没有从中读出细胞可以协同工作来完成这项新任务（将松散的细胞聚集在一起并复制下一代）。”这些青蛙细胞的复制方式与青蛙细胞的复制方式非常不同。科学界已知的动物或植物都没有以这种方式复制，”最近获得博士学位的萨姆·克里格曼(SamKriegman)说。Xenobot的父母由大约3,000个细胞组成，自己形成一个球体。“它们可以繁殖，但随后系统通常会死去。保持系统的复制实际上非常困难，”Kriegman说。但是，借助在超级计算机集群上运行的人工智能程序，进化算法可以在模拟环境中测试数十亿种体型——三角形、正方形、金字塔、海星——以找到最适合基于运动的“运动学”复制的身体形状。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。“我们如何探索那个空间？我们发现了可以行走的Xenobot，我们发现了可以游泳的Xenobot。在这项研究中，我们发现了可以自我复制的Xenobot。未来会发生什么？”或许正如科学家的《美国国家科学院院刊》研究写的那样：“生命在表面之下隐藏着令人惊讶的行为，等待着被发现。”图1：自发运动学自我复制。如上所示，复制过程包括：从早期青蛙囊胚中取出干细胞，分离并置于盐溶液(A)中，在那里它们凝结成包含约3,000个细胞的球体。3天后，球体在其外表面长出纤毛。当生成的成熟细胞群被放置在直径为60毫米的圆盘(B)中的约60,000个分离的干细胞中时，它们的集体运动将一些细胞推在一起形成一堆（C和D），如果堆足够大（至少50个细胞）)发育成能够迁移(E)的纤毛后代，如果提供额外的分离干细胞(F)，则可以建立额外的后代。简而言之，祖先(p)建立后代(o)，后代也成为祖先。这个过程可以通过折断额外的分离细胞来中断。在目前已知的环境条件下，系统自然最多进行两轮自我复制。停止(α)或复制(1?α)的概率取决于适合青蛙胚胎的温度范围、解离细胞的浓度、成熟生物体的数量和随机行为、溶液的粘度、表面培养皿和污染概率。（比例尺500μm）。机遇与风险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。虽然有些人会发现这些发现令人鼓舞，但其他人可能会担心甚至害怕生物自我复制技术的概念。但对于科学家团队来说，下一步是获得更深入的了解。“我们试图了解这个属性：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工作的很重要，”Bongard说。“这是机器人技术和生物学的交叉点，”一位Xenobot追随者说。当被问及Xenobot是否“智能”时”，Blackiston更喜欢称其为可编程生物，智能发生在设计和编程阶段，而不是实际的Xenobot中。“我的观点是，它们并不聪明，”Blackiston说。但他也同意这项工作挑战Bongard说：“由于这些技术，定义正在消亡。Xenobot是AI的产物，而AI本身正在帮助人类消除我们对智能的标准定义。”面对当今的许多全球挑战，运动学-basedself-replicationcouldprovideameanstodeployabiotechnologythatthebiotechnologydesignpurposeismakethereplicationprocessmaximizedcontrollablebythereplicatordesi由AI生成。即使可重构生物体的性能目前还很初级，但人工智能设计的方法已被证明能够在未来引导它们走向更有用的形式。
