科学家创造了世界第一个由青蛙干细胞生成的有机自愈机器人。
美国时间 1 月 13 日，佛蒙特大学（University of Vermont）官网发表新闻稿，宣称佛蒙特大学与塔夫茨大学（Tufts University）的研究团队共同研究，利用非洲爪蟾早期胚胎的皮肤细胞和心脏细胞，创造出首个活体机器人“xenobots”（异种机器人）。研究发表在 13 日的学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）。
xenobots 是以非洲爪蛙的名字“Xenopus laevis”命名，不到 1 毫米宽的 xenobots 可向目标行动，也可拿起物体（比如需要运送到患者体内特定位置的药物），受伤后还可自愈伤口。
佛蒙特大学电脑科学家、机器人专家 Joshua Bongard 是这项研究的联合负责人，他表示：
它们既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种。这是新的人工制品──活的、程式化的有机体。
xenobots 由佛蒙特大学的超级电脑设计，然后由塔夫茨大学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 Michael Levin 说：
不难想像，这些机器人有很多其他机器做不到的应用，比如寻找有害化合物或放射性污染物、在海中收集微塑胶、在动脉里穿行，清除牙菌斑等。
“自订”的生命系统
众所周知，自从农业开始发展，人类就一直为自身利益操纵生物，基因编辑也越来越普遍。过去几年，人类透过模仿其他动物，制造出一些人造生物，但研究小组表示，这是有史以来第一次“完全从头开始设计的生物机器”。
大体上，xenobots 的创造过程有两步。
第一步，利用佛蒙特大学的佛蒙特进阶计算核心（Vermont Advanced Computing Core）Deep Green 超级电脑集群，研究团队（包括第一作者和博士生 Sam Kriegman）花了几个月，用进化算法为新生命形式设计了上千个草图。
为完成工作（比如朝一个方向行动），电脑会一遍遍将几百个模拟细胞重新组合成无数形式或身体形状。随着程式执行──由单只青蛙皮肤和心脏细胞能做什么的生物物理学基本规则驱动──更成功的模拟生物储存、最佳化，失败的则抛弃。独立执行算法 100 次后，科学家选出最满意的设计，用于下一步研究。
第二步，Michael Levin 带领的塔夫茨大学团队和显微外科医生 Douglas Blackiston 要做的就是关键一步──将电脑设计变成现实。
他们先从非洲蛙种非洲爪蟾的胚胎收集干细胞，分离成单个细胞并孵育，然后用小镊子和更小的电极，将细胞切割并在显微镜下连线，使之接近电脑指定的设计。
这样，这些细胞组装成自然界从未见过的形体，随后它们便开始一起工作了。经过上述作业，皮肤细胞形成更被动的架构，而心肌细胞原本无序的收缩则在电脑设计指导，在自组织模式的帮助下，产生有序向前运动，这也就是机器人可自行行动的关键。
当然，研究过程难免有些意想不到的结果，但有时会促成新发现。
研究者注意到，可重组的有机体能以连贯方式行动，且在胚胎能量储存的驱动下，用数天甚至数周探索水环境，但反过来时却失败了，就像甲虫翻肚后翻不回来。
后来实验表明，成群 xenobots 会绕圈行动，并集体自发地把一个小球推到中心位置。其他 xenobots 则在中间挖个洞，进而减少阻力。模拟时科学家发现把这个洞当成袋子，它们就能成功携带物体。
佛蒙特大学电脑科学与复杂系统中心教授 Josh Bongard 表示：
这是电脑设计的生物向智慧药物输送领域迈出的一步。
“有生命”的技术
我们知道，许多机器、硬件产品等都是由钢、混凝土或塑胶等制成，这固然有道理（比如品质有保证），但有时也难免会造成生态和人类健康问题──日益严重的海洋塑胶污染。
相比之下，Josh Bongard 表示：
xenobots 有自我再生修复机制，且当它们停止工作、死亡时，通常也不会对环境带来破坏，完全可生物降解。7 天后当它们完成工作，就只是死皮细胞。
▲ Josh Bongard。
笔电固然强大，但要是摔成两半，可能就无法工作了，但科学家把 xenobots 切成两半后，发现它们可以自愈，然后继续前进，这是传统机器无法做到的。
破解密码
研究者也表示，对细胞交流、连线潜力的研究，理解已深入至计算科学和生命。
Michael Levin 说：
目前重要的问题便是理解决定形式和功能的算法。基因组能编码蛋白质，但硬件如何让细胞在各种不同的条件下合作，进行功能性解剖，这还等着我们发现。
同时，为了使有机体发展并有用，有机计算一直在有机体的细胞内和细胞间进行，而不仅在神经元。这些几何特徴是透过生物电学、生物化学和生物力学形成，正如 Michael Levin 所说：
这些过程在 DNA 指定的硬件执行，是可重新配置的，也使新生命形式成为可能。
如今，许多人担心技术的飞速发展和越来越复杂的生物作业会带来负面影响。对此，Michael Levin 表示：
这种恐惧不是没有道理，当我们开始创造连自己都不理解的复杂系统，结果可能很难想像。但如果人类未来要生存下去，就需要更理解复杂的性质是以何种方式从简单的规则产生。大部分科学都集中在控制“低阶规则”，我们更需要了解“进阶规则”。
Michael Levin 认为，这项研究对于解决人们心中的恐惧有积极意义，这也是研究团队的意外收获。
- Team Builds the First Living Robots
（本文由 雷锋网 授权转载；图片来源：佛蒙特大学）
